[发明专利]耐磨件金属纤维增强复合制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨件的制作，尤其是涉及一种适合耐磨件制造及表面强化中使用的金属纤维增强复合材料及其制作工艺。

背景技术

破碎机锤头、齿板、轧臼壁、破碎壁，挖掘机铲齿，采煤机和掘进机截齿等磨料磨损件，一般属于中小零部件，不像发动机、车身、机架等体积尺寸较大的部件那样在设计及制造中容易引起重视。但是由于这些磨损件大都位于工作装置上，并直接接触工作介质，整机的性能及工作效率等要通过这些磨损件的工作来体现。因此，磨损件质量的好坏影响着整机的性能、寿命、工作效率和工程成本。与外观质量相比，上述磨料磨损件的产品质量更主要地取决于其制造材料和内部组织结构。外形、尺寸、型号、规格完全相同的产品，材料、组织等内在质量不同，使用寿命可以相差几倍、十几倍。

上述磨损件的制造材料最早广泛使用Mn13系奥氏体高锰钢。高锰钢韧性好，但耐磨性不足，尤其是在冲击负荷和接触应力不大的情况下，高锰钢不能充分显示其加工硬化的优越性，铸件的使用寿命很低。随后发展起来的镍硬铸铁因为价格较高，未能广泛得以应用。高铬铸铁是高锰钢、镍硬铸铁之后公认的第三代抗磨材料，其硬度高，但不耐冲击，容易开裂，影响耐磨件的使用安全。因此，必须研究新型的耐磨、耐冲击的高性能材料，以提高磨损件的使用寿命。

目前公开有关磨损件表面增强的方法，如专利号为CN201010017158.1的一种送丝送粉复合激光熔覆成形方法及装置，该专利中公开在磨损件表面通过激光加热熔化磨损件表面形成熔池，在熔池内送入金属粉末和金属丝，而送入熔池内的金属粉末和金属丝均熔化在熔池内，这样对磨损件表面很难起到良好的防开裂和增韧作用。而申请号为CN201010616580.9的一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，该方法中采用处理好的直径在0.2㎜～0.3㎜网丝紧敷在金属表面，然后采用熔覆加工将网丝熔覆在金属表面内，网丝起到吸收裂纹扩展的作用，但该方法中的金属丝网受其直径影响所限，是难以实现织网的，成本极高；而该网丝直径相比金属纤维来说又属于较大直径的；在熔覆加工中，因网丝直径较大，由于冷却收缩后网丝与金属之间产生的空隙较大，导致内部结构无法致密，在网丝与金属间极易产生微型间隙，易产生松动和开裂，因此防裂效果并不理想；另外，该方法的网丝只能在熔覆网丝所在的网丝平面层上起到一定强化效果，也就是说强化作用仅能作用于网丝所存在的那一平面层上，并且网丝的厚度又很小，这样，工件整体的立体强度无法得到加强，易导致金属表面很容易破坏；此外，申请号为CN201010616580.9的文献所记载的方法理论上得出的材料性能是不均匀的，材料属于“各向异性材料”，即材料在各个方向上性能不一样，影响应用。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种金属纤维增强复合制作工艺，该工艺操作简单，不但具备全方位的高硬度、高耐磨性，还将具有高韧性，可大大提高耐磨件的使用寿命。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种耐磨件金属纤维增强复合制作工艺，制作工艺如下步骤：

（1）将耐磨件基体安装在数控机床上，根据耐磨件基体的形状，通过数控编程确定激光头的运行轨迹；

（2）采用CO₂高能激光束按照特定工艺参数在耐磨件基体表面进行扫描辐照，激光束聚焦辐照在耐磨件基体表面上形成微型的熔池；

（3）合金粉末在氩气或氦气等惰性气体的吹动下，沿着同轴送粉喷嘴的内部流道运动，在喷嘴下部呈倒置圆锥形喷出，合金粉末在空气中飞行一极短时间后汇聚注入熔池熔化；

（4）金属纤维在氩气或氦气等惰性气体的吹动下，进入与熔池水平面成45度夹角的侧向喷嘴，侧向喷嘴下部对准熔池，金属纤维从侧向喷嘴喷出后，直接注入熔池，金属纤维的熔点远高于熔池温度，当激光束移开后，熔池中的液态金属迅速凝固、冷却，将金属纤维包裹其中，形成单道金属纤维增强复合材料覆层；

（5）调整激光头的位置，紧挨着步骤（4）已成形的单道金属纤维增强复合材料覆层，进行第二道金属纤维增强覆层的成形，前后两道覆层搭接；

（6）重复步骤（5），实现大面积搭接，得到一定厚度及面积的强化层；

（7）一层强化层堆积完后，激光头上升一个强化层厚度的距离，重复步骤（1）到（6）的过程，在已成形的强化层上再堆积新的强化层，直到达到规定的高度，从而得到金属纤维增强的磨损件。