[发明专利]一种用于12CrNi3凸轮轴再制造的激光熔覆粉末及其制备方法

说明书

本发明为一种用于12CrNi3凸轮轴再制造的激光熔覆粉末及其制备方法，属于再制造技术领域，具体涉及一种用于柴油机凸轮轴再制造的激光熔覆粉末。该激光熔覆粉末包括如下质量分数的元素：C：0.30%‑0.45%，Cr：2.8%‑4.20%；Ni：7.0%‑9.0%；Al：3.5%‑5.0%；Mn：2.5%‑3.8%；Mo：0.4%‑1.0%；Si：0.15%‑0.3%；Nb：0.25%‑0.5%；稀土：0.013%‑0.020%；余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的激光熔覆合金粉末可在不去除废旧零件渗碳层的条件下直接进行再制造，简化了再制造工艺、降低了企业生产成本，获得的熔覆层无气孔、夹渣、裂纹等缺陷，性能良好。

技术领域

本发明属于再制造技术领域，具体涉及一种用于柴油机凸轮轴再制造的激光熔覆粉末。

背景技术

我国作为制造大国，机电产品保有量巨大，再制造是机电产品资源化循环利用的最佳途径之一。凸轮轴是发动机动力传输机构的重要组成部分，它通过凸轮顶动气缸的进、排气门实现对气门的驱动。凸轮轴运行过程中，承受的载荷包括周期性冲击载荷、接触摩擦载荷、滑动摩擦载荷等。12CrNi3是柴油发动机凸轮轴的典型制备材料，其主要成分有C：0.10%-0.17%，Cr：0.60%-0.90%，Ni：2.75%-3.15%，Si：0.17%-0.37%，Mn：0.30%-0.60%，S：≤0.035%，P ：≤0.035%， Cu：≤0.030%，属于合金渗碳钢。经过渗碳处理后，渗碳层含碳量可达0.8%-1.05%，渗碳层深度0.7mm-2.3mm。渗碳层具有高硬度、高耐磨性、高接触疲劳强度的特点。但在上述载荷长时间的作用下，12CrNi3凸轮轴会由于工作面出现超量摩擦磨损、疲劳裂纹、金属层剥落等形式的失效而报废。

再制造是维修发展的高级阶段，是先进制造的重要组成，是废旧产品高技术修复、改造的产业化，再制造的主要特征在于其产品的质量和性能达到或超过原型新品。对于12CrNi3凸轮轴，再制造凸轮轴产品的工作面硬度应达到55-65HRC，装机后工作时间不低于20000小时。

近年来，激光熔覆再制造技术飞速发展，成为机电产品再制造领域备受关注的技术方法，激光熔覆合金粉末也日益引起人们关注。公开号为CN109234729A的发明专利申请，针对铸铁基体材料设计了非晶态一种激光熔覆粉末，形成的熔覆层具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。但是其粉末粒度允许范围狭窄，仅为，造成生产成本过高。公告号为CN106555126A和CN106480363A的发明专利分别针对1Cr15Ni4Mo3N、30CrMnSiNi2A两个钢种设计了激光熔覆粉末，但其主要目的在于保证熔覆界面结合强度、提高熔覆层韧性、改善润湿性等方面，未涉及熔覆层硬度、耐磨性和接触疲劳强度等性能。另一方面，与用于表面改性或增材制造的熔覆粉末不同，用于激光熔覆再制造的合金粉末的设计，不仅需要根据基体材料本身化学成分和服役性能特点，还需综合考虑零件的失效状态和产品性价比等多方面因素。以针对12CrNi3凸轮轴为例，目前的再制造合金粉末都需要先去除失效零件的渗碳层才可进行激光熔覆再制造，不仅工艺复杂，而且熔覆量大，再制造成本较高。企业急需一种性能好，成本低，工艺简单的激光熔覆再制造合金粉末。

目前市场上尚没有针对12CrNi3的激光熔覆材料，采用市售的用于的低碳合金钢激光熔覆粉末对12CrNi3凸轮轴进行再制造，发现存在以下问题：

1、熔覆层与基体之间存在微裂纹，影响凸轮轴的接触疲劳性能；

2、再制造凸轮轴熔覆层内部存在微小气孔缺陷；

3、需先行去除失效零件的渗碳层，工艺复杂，成本较高。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题和不足，本发明提供了一种针对12CrNi3凸轮轴激光熔覆再制造的合金粉末。