利于提高硬度與耐磨性的齒輪的激光熔覆修復(fù)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種齒輪的激光修復(fù)工藝，包括以下步驟：A.對齒輪表面進(jìn)行處理，對齒輪進(jìn)行失效分析；B.對齒輪進(jìn)行80℃至120℃的整體預(yù)熱，同時對齒輪待修復(fù)部位進(jìn)行180℃至220℃的局部預(yù)熱；C.根據(jù)齒輪的失效分析結(jié)果，優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行逐層激光熔覆，每層熔覆層的厚度小于或等于0.4mm，后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸4mm至6mm，所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C≤0.5%，Cr：38%至52%，B：1.5%至2.5%，Si：0.5%至1.5%，其余為Fe；D.進(jìn)行檢測。該齒輪的激光修復(fù)工藝對齒輪表面進(jìn)行激光熔覆，使其尺寸達(dá)到使用要求，修復(fù)后齒輪的硬度和耐磨性超過原有性能。
【專利說明】利于提高硬度與耐磨性的齒輪的激光熔覆修復(fù)工藝
[0001]本申請是分案申請，原申請的申請?zhí)?201210351302.4，申請日:2012-09_20，發(fā)
明創(chuàng)造名稱《齒輪的激光熔覆修復(fù)工藝》。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種激光熔覆方法，尤其是一種齒輪的激光熔覆修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0003]齒輪在各行各業(yè)中的應(yīng)用極其廣泛。由于齒輪的工作特性，要求其中心部位保證韌性的同時，齒面能達(dá)到硬度要求，以滿足使用時的強(qiáng)度要求。齒輪的咬合面要求高，作業(yè)勞動強(qiáng)度大，所以在齒面咬合區(qū)會最先出現(xiàn)磨損和剝落，導(dǎo)致齒輪失效報廢。激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材 料多、粒度及含量變化大等特點。如何將激光熔覆技術(shù)有效的應(yīng)用于齒輪修復(fù)，是本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的問題。
[0004]中國專利文獻(xiàn)CN100557082C公開了一種滲碳類重載齒類件齒面激光熔覆粉末材料及修復(fù)方法，粉末材料包括以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的物質(zhì):0.80-1.10% C，7.50-9.00% Mn，
0.90-1.30% Cr, 0.20-0.35% Mo, 2.00-3.50% B, 2.50-3.50% Si，雜質(zhì) P ≤ 0.06%，雜質(zhì)
S ≤0.04%，其余為Fe，粒度為一 140目~+260目。該方法選用的粉末材料C含量過高，雖然焊接性較好，但是容易產(chǎn)生裂紋，另外Cr、Mn、Mo含量較低，雖然有一定的合金強(qiáng)化作用，但是效果仍不明顯。
[0005]中國專利文獻(xiàn)CN102021568A公開了一種激光強(qiáng)化齒輪件的方法，包括以下步驟:O依照現(xiàn)有技術(shù)加工齒輪件，要求輪齒厚度比設(shè)計值小1.5mm ；2)將齒輪裝入激光強(qiáng)化設(shè)備上，并將齒輪預(yù)熱至400-500°C ；3)對齒輪件表面進(jìn)行激光掃描，激光輸出功率為5kw，掃描速度為480mm/min，送粉率為18g/min，在一個工步中送粉與激光熔覆同步進(jìn)行，將含有耐磨材料的金屬粉末熔覆到齒輪表面，形成熔覆厚度3mm的激光強(qiáng)化層并預(yù)留打磨余量，激光束為15X2.5寬帶矩形光斑；采用分三層分別進(jìn)行掃描熔覆的方式進(jìn)行熔覆。該方法分三層用三種不同成分的粉末進(jìn)行熔覆，過余繁瑣，并且其預(yù)熱溫度較高，激光輸出功率較高，會使得齒輪整體溫度過高產(chǎn)生熱變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種對齒輪表面進(jìn)行激光熔覆，使其尺寸恢復(fù)到使用要求，并且修復(fù)后的硬度和耐磨性超過原有性能的齒輪的激光熔覆修復(fù)工藝。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種齒輪的激光修復(fù)工藝，包括以下步驟:A.對齒輪表面進(jìn)行處理，對齒輪進(jìn)行失效分析；
B.對齒輪進(jìn)行80°C至120°C的整體預(yù)熱，同時對齒輪待修復(fù)部位進(jìn)行180°C至220°C的局部預(yù)熱；
作為優(yōu)化的實施方案，對齒輪進(jìn)行100°c的整體預(yù)熱，同時對齒輪待修復(fù)部位進(jìn)行200°C的局部預(yù)熱；
C.根據(jù)齒輪的失效分析結(jié)果，優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行逐層激光熔覆，從齒槽內(nèi)的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度小于或等于0.4mm,后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸4 mm至6mm ;
采用預(yù)置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪進(jìn)行連續(xù)搭接掃描；激光功率為1500W至1900W，標(biāo)高為260mm至275mm，光斑尺寸為IOmmX 1.8mm,掃描速度為110mm/min至130mm/min,搭接量為6.5mm,送粉量為12g/min至18g/min ;所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C≤0.5%，Cr:38%至52%，B:1.5%至2.5%，S1:0.5%至1.5%，其余為Fe ；
作為優(yōu)化的實施方案，根據(jù)齒輪的失效分析結(jié)果，優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行逐層激光熔覆，從齒槽內(nèi)的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度為0.4mm，后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸5mm ；
采用預(yù)置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪進(jìn)行連續(xù)搭接掃描；激光功率為1700W，標(biāo)高為270_，光斑尺寸為10_X 1.8mm,掃描速度為120mm/min，搭接量為6.5mm,送粉量為15g/min ;所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C:0.5%, Cr:45%, B:2%，S1:1%，其余為 Fe ；
D.進(jìn)行檢測。
[0008]為了使得待修復(fù)的齒輪在激光熔覆的過程中修復(fù)成功，并且獲得更好的修復(fù)效果，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:上述步驟A是將齒輪上的灰塵、油污、銹蝕清除；檢測齒輪各部位的尺寸，確定失效部位及其磨損量，確定齒輪變形量；去除齒輪失效部位的疲勞層0.5mm至2mm,并進(jìn)行清洗。
[0009]為了保證修復(fù)后的齒輪的質(zhì)量，一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:上述步驟D是檢測齒輪表面硬度；檢測齒輪變形量；對齒輪表面進(jìn)行機(jī)械加工；進(jìn)行探傷、校驗。
[0010]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明的齒輪的激光修復(fù)工藝中采用自制的合金粉末，合金粉末的成分中通過嚴(yán)格控制C的含量，使其具有良好的潤濕性，以防止在熔覆過程中產(chǎn)生裂紋；通過添加適量的
B、Si使合金在凝固后形成以奧氏體為主的基體，以滿足其硬度要求，并且使得合金粉末具有良好的自熔性；僅利用Cr元素對鐵基合金進(jìn)行元素強(qiáng)化，并且合金粉末中Cr元素的含量明顯高于現(xiàn)有技術(shù)，在不影響焊接性的前提下，可以使得修復(fù)后齒輪表面的硬度和耐磨性顯著提高。
[0011](2)本發(fā)明的齒輪的激光修復(fù)工藝采用寬帶激光束，效率更高；采用預(yù)置送粉的方式，嚴(yán)格控制送粉量，并對激光 功率、掃描速度、搭接量等進(jìn)行了優(yōu)化，使得熔覆層的組織均勻性好、厚度和硬度均勻。該工藝使得熔覆層與齒輪失效部位的基體的熔合率高、結(jié)合緊密，齒輪變形量小，齒輪表面沒有裂紋和氣孔，硬度高，具有極好的耐磨性。
[0012](3)本發(fā)明的齒輪的激光修復(fù)工藝采用齒輪在低溫100°C左右進(jìn)行整體預(yù)熱，齒面在中溫200°C左右進(jìn)行進(jìn)行局部預(yù)熱，可以避免整體高溫預(yù)熱使得齒輪產(chǎn)生熱變形，同時有效地降低了局部堆焊的溫度梯度，減小了激光熔覆過程中的應(yīng)力。此外，該工藝采用逐層激光熔覆的方法，每層熔覆層的厚度不超過0.4mm，后一層熔覆層將前一層熔覆層完全覆蓋住，兩者的邊緣不重疊，也可以有效的防止應(yīng)力的集中。采用該工藝修復(fù)的齒輪，在激光熔覆后無需進(jìn)行保溫，更無需進(jìn)行退火。
【具體實施方式】
[0013]本實施例的齒輪的激光修復(fù)工藝的具體步驟如下:
A.對待修復(fù)的齒輪表面進(jìn)行處理，對齒輪進(jìn)行失效分析。
[0014]將齒輪上的灰塵、油污、銹蝕等清除；檢測齒輪各部位的尺寸，確定失效部位及其磨損量，檢驗齒輪是否有變形現(xiàn)象；通過打磨去除齒輪失效部位的疲勞層0.5mm,并進(jìn)行清洗。
[0015]B.對齒輪進(jìn)行整體預(yù)熱，整體預(yù)熱溫度為100°C，同時對齒輪的待修復(fù)部位進(jìn)行局部預(yù)熱，局部預(yù)熱溫度為200°C。
[0016]C.根據(jù)齒輪的失效分析結(jié)果，優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行逐層激光熔覆，從齒槽內(nèi)的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度為0.4mm,后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸，延伸的距離為5mm。
[0017]采用預(yù)置送 粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪的待修復(fù)部位進(jìn)行連續(xù)搭接掃描。激光功率為1700W，標(biāo)高(即激光器離作用物之間的距離，標(biāo)高=焦距+離焦量)為270mm，光斑尺寸為10_X 1.8mm,掃描速度為120 mm/min,搭接量為6.5mm,送粉量為15g/min。所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C:0.5%，Cr:45%，B:2%，Si:1%，其余為Fe。
[0018]D.修復(fù)結(jié)束后，進(jìn)行檢測。
[0019]檢測表面硬度；檢測變形量；對齒輪表面進(jìn)行機(jī)械加工；進(jìn)行探傷，檢測是否有氣孔、夾渣、裂痕等影響齒輪機(jī)械性能的缺陷；進(jìn)行校驗，檢驗質(zhì)量是否合格。
[0020]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪的激光修復(fù)工藝，其特征在于，包括以下步驟: A.對齒輪表面進(jìn)行處理，對齒輪進(jìn)行失效分析； B.對齒輪進(jìn)行100°C的整體預(yù)熱，同時對齒輪待修復(fù)部位進(jìn)行200°C的局部預(yù)熱； C.根據(jù)齒輪的失效分析結(jié)果，優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行逐層激光熔覆，從齒槽內(nèi)的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度為0.4mm,后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸5mm ； 采用預(yù)置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪進(jìn)行連續(xù)搭接掃描；激光功率為1700W，標(biāo)高為270_，光斑尺寸為10_X1.8_，掃描速度為120mm/min，搭接量為6.5mm,送粉量為15g/min ;所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C:0.5%, Cr:45%, B:2%，S1:1%，其余為 Fe ； D.進(jìn)行檢測。
2.按照權(quán)利要求1所述的齒輪的激光修復(fù)工藝，其特征在于:所述步驟A是將齒輪上的灰塵、油污、銹蝕清除；檢測齒輪各部位的尺寸，確定失效部位及其磨損量，確定齒輪變形量；去除齒輪失效部位的疲勞層0.5mm至2mm，并進(jìn)行清洗。
3.按照權(quán)利要求1所述的齒輪的激光修復(fù)工藝，其特征在于:所述步驟D是檢測齒輪表面硬度；檢測齒輪變形`量；對齒輪表面進(jìn)行機(jī)械加工；進(jìn)行探傷、校驗。
【文檔編號】C23C24/10GK103668176SQ201310239780
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】鄧琦林, 劉少彬, 何建方, 馬萬花 申請人:丹陽宏圖激光科技有限公司