[发明专利]渗碳类重载齿类件齿面激光熔覆粉末材料及修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工作在高速重载环境下，经渗碳处理过、在服役过程中已表面磨损失效的重载齿类件齿面激光熔覆再制造技术，属于维修工程领域。

背景技术

齿类零件往往因为齿面滑动磨损或接触疲劳剥坑而失效。从当代零件修复技术看，承受接触疲劳应力的表面只能用堆焊修复技术，以保证修复层与基体间有足够的结合强度。但是，重载传动渗碳齿轮齿面的修复无法用堆焊技术实施。其原因为：1、传动齿轮齿面磨损失效后，表面的碳含量仍在0.50％以上，堆焊时容易因热输入量大而在堆焊层和热影响区中产生焊接裂纹而报废；2、齿面下的基体易变形，塑韧性降低。因此，到目前为止，重载传动渗碳齿轮磨损齿面的修复仍是一个空白。

发明内容

本发明的内容之一是一种激光熔覆再制造重载传动渗碳齿轮的自熔剂型铁基自强化合金粉末材料。这项发明内容是借鉴中锰铸钢的自强化设计原则，还充分考虑了激光熔覆时加热、冷却速度快、热输入量小、熔池存在寿命短等特点而设计的专用材料。

一种渗碳类重载齿类件齿面激光熔覆粉末材料，其特征在于，粉末材料包括以下质量百分数的物质：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，杂质P≤0.06％，杂质S≤0.04％，其余为Fe。粉末粒度为-140目～+260目。

C和Mn是重要的合金元素，其加入量是为了保证获得奥氏体相为主的熔覆层合金，并在载荷作用下发生马氏体相变，对熔覆层合金起到自强化作用，这就是该材料自强化的内涵；Cr和Mo是保证自强化效果的元素；B与Si的加入是保证激光加热至该合金粉末熔点以上而形成熔池时，生成质量较轻且具有快速上浮能力的硼硅酸盐而覆盖在熔池表面，在快速冷却中形成渣皮覆盖熔覆层表面而保护内层合金不受氧化，这就是该合金为自熔剂型的内涵；P和S为杂质元素，在合金冶炼过程中应进行脱硫和脱碳处理，严格控制其含量不能太高。该粉末的特点是其激光熔覆层合金具有自熔剂特性和自强化作用。

本发明内容之二为齿面激光熔覆方法和工艺参数优化。激光熔覆单位时间作用能量密度为1.0×10⁸W/m²～1.0×10⁹W/m²。

应用上述粉末材料进行齿面激光熔覆再制造，可以采用CO₂气体激光器、大功率半导体激光器和固体激光器等各种大功率工业激光器。由于粉末材料和基体金属对不同激光束能量的吸收率不同，因此，根据激光器种类不同，激光器的熔覆功率略有不同。但是，要保证激光熔覆单位时间作用能量密度(激光功率P/(光斑直径D×激光束扫描速度V_b))为1.0×10⁸W/m²～1.0×10⁹W/m²。低于此熔覆能量密度，就会造成熔覆层成形较差，甚至不能形成连续的熔覆层。同时，要保证合理的激光熔覆工艺参数搭配。只有采用合理的工艺参数搭配，才能得到成形质量好、无裂纹气孔、稀释率低的熔覆层。当采用CO₂激光器时，熔覆功率要大于2.0kW；采用半导体激光器时，熔覆功率要大于0.9kW；采用连续波YAG固体激光器时，熔覆功率要大于1.2kW。激光熔覆修复齿面采用同步送粉方式，在空气中直接熔覆修复。

应用上述粉末和工艺修复了重载车辆齿轮的磨损失效齿面，其修复质量和性能优良。

具体实施方式

1把按成分设计好的原材料加入中频感应电炉，熔炼自熔剂型铁基自强化合金，并随之将高温钢液输入Ar气雾化装置中制得自熔剂型铁基自强化合金粉末。筛选出粒度为-140目～+260目的合金粉末。化验分析粉末的成分(质量百分数)范围为：0.80-1.10％C，7.50-9.50％Mn，0.90-1.30％Cr，0.20-0.35％Mo，2.00-3.50％B，2.50-3.50％Si，杂质P≤0.06％，杂质S≤0.04％，其余为Fe。

应用中频感应炉熔炼上述成份范围的钢液，扒渣后升温至1580℃出钢，将钢液注入氩气雾化制粉设备进行雾化，最后滴入水中凝固成粉末。捞出粉末自然干燥后过筛，其粒度为-140目～+260目的为有效合格粉末。该技术为现有技术。