用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末及其再制造方法技术

本发明专利技术公布了一种用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末及其再制造方法，所述的铁基合金粉末的质量百分比为：碳：0.03‑0.1％，铬：13.0‑16.0％，硅：0.9‑1.5％，硼：0.5‑1.0％，余量为铁。所述的激光再制造方法包括以下步骤：(1)先对转子轴颈失效部位进行车削加工，使表面清洁、平整，并除油；(2)将干燥的铁基合金粉末放入送粉器中；(3)调整激光位置至待修复区域，编辑程序；(4)设定激光工艺参数；(5)根据实际需要重复熔覆多层至超过目标尺寸并留有加工余量；(6)采用车床车削至目标尺寸；(7)硬度及裂纹检测。本发明专利技术的有益效果是：涂层性能近似于原新品，且工艺适应性宽，重复性一致，操作性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末及其激光再制造方法，尤其是一种用于28CrMoNiV转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，属于新型表面涂层技术用材料。
技术介绍
汽轮机是可以将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，主要用作发电的原动机，也可直接驱动其他机械装置，广泛用于石油化工、钢铁生产、电力设施等领域。28CrMoNiV材料的转子是工业汽轮机常见的核心做功部件，需要在高温水汽的工况下长期服役。一般来说，转子的轴颈部分易产生磨损、抱瓦等失效。失效后的转子通常采用车削、喷涂、电刷镀等工艺进行修复或直接报废。采用传统修复方法一般性能损失较大。直接更换一根大型转子的成本很高，生产周期较长。特别是很多转子上安装有汽轮机叶片，拆卸后就很难再次安装使用，这又直接增加了其更换转子的成本。因此，直接更换新转子并不是最好的设备维修方案，也不满足节能降耗的要求。因此，提供一种合金元素比例合理、成本适中、应用效果显著、适用于汽轮机转子轴颈激光再制造的铁基粉末，是该领域技术人员应着手探寻、研究的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述的问题，提供一种合金元素比例合理、成本适中、应用效果显著、适用于汽轮机转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末及其喷涂方法。本专利技术所述的用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于其组成原料的质量百分比为：碳C：0.03-0.1％；铬Cr：13.0-16.0％；硅Si：0.9-1.5％；硼B：0.5-1.0％；余量为Fe。粉末粒径为40-140um。本专利技术所述的用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于其组成原料的质量百分比为：碳C：0.100％；铬Cr：16.00％；硅Si：1.5％；硼B：1.0％；余量为Fe。所述的用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于其组成原料的质量百分比为：碳C：0.03％；铬Cr：13.0％；硅Si：0.9％；硼B：0.5％；余量为Fe。铁基合金粉末粒径为40-140um。本专利技术所述的用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末的喷涂方法，包括以下步骤：1)先对转子轴颈失效部位进行车削加工，使表面清洁、平整，并除油；2)将干燥的铁基合金粉末放入送粉器中；3)调整激光位置至待修复区域，编辑程序；4)将激光工艺参数设定如下：激光功率至3.0KW，扫描速度为4mm/s，送粉量为10g/min，激光光斑直径为6mm搭接率为50％，进行激光熔覆再制造；5)根据实际需要重复熔覆多层至超过目标尺寸并留有加工余量；6)采用车床车削至目标尺寸。6)采用车床车削至目标尺寸，即可实现对转子轴颈失效部位的修复；7)对修复后的转子轴颈修复区域的硬度及裂纹进行检测。步骤7)中采用便携式硬度计测量转子轴颈修复区域的平均维氏硬度。本专利技术所述的激光再制造工艺性能良好，耐高温、耐腐蚀、耐磨损合金粉末的成分设计原理为：碳C：0.03-0.1％碳会和其它合金元素形成碳化物硬质相。碳化物容易在晶界处聚集，碳含量过高，析出的碳化物增多，涂层裂纹敏感性增强。同时考虑到涂层的硬度应与基体硬度相近，将碳含量设定为0.03-0.1％。另外，碳在激光熔覆过程中易与氧反应生成气体，熔池凝固后，滞留在熔覆层中形成气孔缺陷。因此，激光熔覆用合金粉末碳含量不易过高。铬Cr：13.0-16.0％铬能提高合金粉末的抗氧化性能，改善激光再制造工艺性能，并能提高涂层的抗腐蚀性能。当铬含量低于13.0％时性能改善不明想，超过16.0％后对性能提高便不再明显，因此将铬含量设定为13.0-16.0％。硅Si：0.9-1.5％在激光再制造工艺中，硅可以降低合金粉末的熔点，提高熔池的流动性和对基体的润湿性，并与氧和硼结合形成硼硅酸盐覆盖于熔池表面，起到脱氧造渣的作用，以避免涂层的氧化。硅含量过低，起不到脱氧造渣的作用，过高则涂层中残余硅含量增大，涂层裂纹敏感性增强，机械性能变差，同时硅和硼的作用是相互关联的，硅含量要结合硼含量设定。因此，作为一种激光再制造用专用合金粉末，硅含量设定为0.9-1.5％。B：0.5-1.0％在激光再制造过程中，硼与硅联合起到脱氧造渣的作用，同时，硼可以提高涂层硬度。但是硼含量太高会显著降低涂层韧性，太低起不到脱氧造渣的作用，考虑到硅的含量，设定硼含量为0.5-1.0％。本专利技术的有益效果是：提供配比的合金粉末韧性和抗氧化性能良好，在激光再制造过程中不需要对基体预热和后续热处理，涂层对裂纹不敏感，无特殊的工况要求，可在合适的参数下获得与基体28CrMoNiV性能相似的熔覆层，且激光再制造工艺操作灵活，可重复性高，完全可用于28CrMoNiV转子轴颈磨损失效的修复与再制造。采用该材料实现激光再制造转子的方法具有快速、质量优良、对转子无伤害，修复后运转安全可靠，能延长使用寿命等优点。具体实施方式实施例1：本批次粉末合金总质量为5.7Kg，其化学组成(重量百分比)为C：0.1％，Cr：16.0％，Si：1.5％，B：1.0％，Fe：余量。经过筛后的粉末粒径为40-140um。一种用于28CrMoNiV转子轴轴颈激光再制造的铁基合金粉末使用方式如下：(1)先对转子轴颈失效部位进行车削加工，使表面清洁、平整，并除油；(2)将干燥的粉末放入送粉器中；(3)调整激光位置至待修复区域，编辑程序。(4)将激光工艺参数设定如下：激光功率至3.0KW，扫描速度为4mm/s，送粉量为10g/min，激光光斑直径为6mm搭接率为50％，进行激光熔覆再制造；(5)根据实际需要重复熔覆多层至超过目标尺寸并留有加工余量；(6)采用车床车削至目标尺寸，即可实现对转子轴颈失效部位的修复；(7)经机加工后采用便携式硬度计测试，修复区域平均维氏硬度为353Hv，随着层数增加，硬度会有下降趋势，4层之后硬度便几乎无变化，硬度最低降至321Hv。经着色探伤未见裂纹。实施例2：本批次粉末合金总质量为2.8Kg，其化学组成(重量百分比)为C：0.03％，Cr：13.0％，Si：0.9％，B：0.5％，Fe：余量。经过筛后的粉末粒径为40-140um。激光组合制造工艺具体步骤如下：(1)～(5)同实施例1的激光组合制造工艺步骤。经机加工后采用便携式硬度计测试，修复区域平均维氏硬度为307Hv，随着层数增加，硬度会有下降趋势，4层之后硬度便几乎无变化，硬度最低降至286Hv。，经着色探伤未见裂纹。实施例3-7：实施步骤同实施例(1)和(2)。批次合金粉末总量、化学组成、粉末粒径和涂层硬度见表1。表1实施例3-7本说明书实施例所述的内容仅仅是对专利技术构思的实现形式的列举，本专利技术的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本专利技术的保护范围也包括本领域技术人员根据本专利技术构思所能够想到的等同技术手段。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于所述合金粉末由如下质量配比的原料组成：碳：0.03‑0.1％；铬：13.0‑16.0％；硅：0.9‑1.5％；硼：0.5‑1.0％；余量为铁。

【技术特征摘要】
1.用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于所述合金粉末由如下质量配比的原料组成：碳：0.03-0.1％；铬：13.0-16.0％；硅：0.9-1.5％；硼：0.5-1.0％；余量为铁。2.如权利要求1所述的用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于其组成原料的质量百分比为：碳：0.1％；铬：16.0％；硅：1.5％；硼：1.0％；余量为铁。3.如权利要求1所述的用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于其组成原料的质量百分比为：碳：0.03％；铬：13.0％；硅：0.9％；硼：0.5％；余量为铁。4.如权利要求1～3任意一项权利要求所述的用于转子轴颈激光再制造的铁基合金粉末，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：董刚，陈智君，李允东，姚建华，孔建强，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33