一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末及激光熔覆方法技术

本发明专利技术公开了一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末及激光熔覆方法，该合金粉末由以下重量百分比的组分组成：Fe：6.3％～6.9％；Cr：8.5％～9.1％；C：2.2％～2.7％；Si：2.1％～2.8％；B：1.4％～1.9％；W：32％～34％；Co：1.5％～1.6％；其余为Ni。激光熔覆方法包括：(1)加工多个环形槽；(2)激光头对准其中一个环形槽；(3)均送合金粉末；(4)激光熔覆。(5)将所述激光头对准下一个环形槽，重复步骤(3)和(4)；(6)重复步骤(5)，直至所有环形槽均完成熔覆。该方法可赋予旋挖齿齿体锥形面很高的耐磨性，且旋挖齿齿体韧性保持良好。

An alloy powder and laser cladding method for laser cladding on the surface of helical gear teeth

The invention discloses an alloy powder for laser cladding and method of rotary drilling tooth surface laser cladding, the alloy powder comprises the following components in weight percentage: Fe:6.3% ~ 6.9%; Cr:8.5% ~ 9.1%; C:2.2% ~ 2.7%; Si:2.1% ~ 2.8%; B:1.4% ~ 1.9%; W:32% ~ 34%; Co:1.5% ~ 1.6% the rest is Ni. Laser cladding methods include: (1) processing multiple ring grooves; (2) the laser head is aligned with one of the ring grooves; (3) all alloy powders are sent; (4) laser cladding. (5) the laser head is aimed at the next ring groove, repeated steps (3) and (4); (6) repeat step (5) until all ring grooves finish the cladding. The method can give high wear resistance to the conical surface of the spiral gear teeth, and the toughness of the spiral teeth can be kept good.

【技术实现步骤摘要】
一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末及激光熔覆方法
本专利技术属于材料表面强化
，具体涉及一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末及激光熔覆方法。
技术介绍
旋挖钻机在基础设施建设中有着举足轻重的作用，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛运用。而钻头则是旋挖钻机的关键组件之一，钻头依靠安装在其上的旋挖齿对所接触的土层岩石等进行旋挖作业。因此，旋挖齿的使用寿命和性能好坏直接影响了施工进度和成本投入。目前，市面上销售的旋挖齿种类繁多，基本能满足使用要求。大多数旋挖齿齿体基材常用42CrMo、35CrMnSi等，但此类材料的耐高温性能差，连续作业时间较长后，齿体温度急剧升高，综合性能下降严重，从而产生耐磨性能降低，韧性降低，导致齿体的快速磨损和断裂等。此外，现有旋挖齿耐磨层往往采用直接在产品锥形面表面熔覆耐磨层的方式，将耐磨层铺满整个锥形面。此方法虽然能够极大提高旋挖齿工作面的耐磨性，但在熔覆过程中也带来了大量的热输入，降低了此区域齿体基材的韧性，造成应力集中，旋挖齿在作业过程中会容易产生崩断，开裂，耐磨层剥落等一系列问题。因此需要设计一种新型旋挖齿及耐磨层制备工艺，使旋挖齿获得良好的耐高温性能，同时在工作面兼具耐磨性和韧性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可同时使旋挖齿齿体锥形面兼具耐磨性与韧性的用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末及激光熔覆方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，由以下重量百分比的组分组成：Fe：6.3％～6.9％；Cr：8.5％～9.1％；C：2.2％～2.7％；Si：2.1％～2.8％；B：1.4％～1.9％；W：32％～34％；Co：1.5％～1.6％；其余为Ni。优选地，所述用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末的粒度为80～325目。优选地，所述旋挖齿齿体的材质为H13K、321、309、310S、314、6Mo、15CrMo、42CrMo、35CrMnSi、12Cr1MoV、12CrMoWVTiB、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWv、1Cr11MoV、1Cr12WmoV或2Cr12WMoNbVB。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种应用上述的合金粉末进行旋挖齿齿体表面激光熔覆的方法，包括以下步骤：(1)在旋挖齿齿体锥形面上加工多个环形槽；(2)将激光器的激光头对准所述多个环形槽中的其中一个；(3)向激光头对准的环形槽内均匀送入所述合金粉末；(4)所述激光头发出激光，按预定轨迹连续熔化所述合金粉末，熔化产生的反应物填充所述环形槽，空冷，形成熔覆层。(5)将所述激光头对准下一个环形槽，重复步骤(3)和(4)；(6)重复步骤(5)，直至所有环形槽均完成熔覆。优选地，所述步骤(4)中，激光熔覆工艺参数为：功率1500～2800W，扫描速度2～5mm/s，离焦量-25～+45mm，合金粉末的供给速度10g/min～30g/min，保护气流量10～30L/min。优选地，激光光斑为圆形光斑或方形光斑。优选地，环形槽的槽宽≤圆形光斑的直径，或环形槽的槽宽≤方形光斑的对角线长度。优选地，所述步骤(1)中，相邻环形槽之间的间隔≥单个环形槽的槽宽。优选地，所述步骤(4)中，所述熔覆层的的厚度大于环形槽的槽深1.5mm以上。优选地，所述步骤(1)和(2)之间，还包括：对环形槽进行除油、除锈处理。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过在旋挖齿齿体锥形面加工多个等间距环形槽，再在环形槽内熔覆耐磨层，较之直接在产品锥形面表面熔覆耐磨层的方式，本专利技术形成熔覆耐磨层过程中齿体基材的韧性下降小，即本专利技术可获得高硬度耐磨层与高韧性基材的相间配合，在保证旋挖齿耐磨性的同时，能有效防止热应力失效。具体实施方式以下结合具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例1：一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，由以下重量百分比的组分组成：Fe：6.5％；Cr：8.8％；C：2.5％；Si：2.5％；B：1.6％；W：33％；Co：1.5％；其余为Ni。该合金粉末的粒度介于80～325目之间。一种应用上述的合金粉末进行旋挖齿齿体(材质为H13K(4Cr5MoSiV1))表面激光熔覆的方法，包括以下步骤：(1)在旋挖齿齿体锥形面加工多个等间距环形槽，每个环形槽的槽宽和槽深相等，并且相邻环形槽之间的间隔大于单个环形槽的槽宽；(2)对旋挖齿齿体锥形表面及环形槽内进行除油、除锈处理，除油处理为酒精清洗+超声清洗，除锈处理为火焰清洁；(3)将激光器的激光头对准旋挖齿齿体锥形面最下端的环形槽；(4)向激光头对准的环形槽内均匀送入上述合金粉末，合金粉末的供给速度20g/min；(5)所述激光头发出激光，激光光斑为圆形光斑，该圆形光斑的直径等于环形槽的槽宽，按预定轨迹连续熔化所述合金粉末，熔化产生的反应物填充所述环形槽；激光具体预设轨迹为S型运动轨迹，即：从环形槽顶端的中心向底端的中心运动，再移至左端离底端中心最近的运动点，再从该运动点直线运动到左端离顶端中心最近的运动点，按此规律运动，直至完成环形槽左端熔覆；接着激光头移至右端离顶端中心点最近的运动点，按S型运动轨迹完成环形槽右端熔覆。熔覆完成后空冷，形成熔覆层，熔覆层充满整个环形槽，熔覆层的的厚度大于环形槽的槽深2mm。激光熔覆工艺参数为：功率2000W，扫描速度3mm/s，离焦量15mm，保护气流量20L/min。(6)将所述激光头对准下一个环形槽，重复步骤(4)和(5)；(7)重复步骤(6)，直至所有环形槽均完成熔覆。实施例2：一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，由以下重量百分比的组分组成：Fe：6.4％；Cr：9.0％；C：2.5％；Si：2.6％；B：1.5％；W：32％；Co：1.6％；其余为Ni。该合金粉末的粒度介于80～325目之间。一种应用上述的合金粉末进行旋挖齿齿体(材质为42CrMo)表面激光熔覆的方法，与实施例基本相同，其不同点仅在于：合金粉末的供给速度15g/min；激光熔覆工艺参数为：功率2500W，扫描速度3mm/s，离焦量20mm，保护气流量15L/min。实施例3：一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，由以下重量百分比的组分组成：Fe：6.8％；Cr：8.8％；C：2.5％；Si：2.4％；B：1.5％；W：32％；Co：1.6％；其余为Ni。该合金粉末的粒度介于80～325目之间。一种应用上述的合金粉末进行旋挖齿齿体(材质为25Cr2Mo1V)表面激光熔覆的方法，与实施例基本相同，其不同点仅在于：合金粉末的供给速度30g/min；激光熔覆工艺参数为：功率2700W，扫描速度4mm/s，离焦量-10mm，保护气流量15L/min。经测试，实施例1～3的表面激光熔覆的方法，较之直接在产品锥形面表面熔覆耐磨层的方式，具有本专利技术熔覆耐磨层的旋挖齿在作业过程不易产生崩断，开裂，说明本专利技术形成熔覆耐磨层过程中齿体基材的韧性下降小；并且耐磨层不易剥落，说明齿体基材与耐磨层结合更牢固，以上测试结果表明本专利技术可获得高硬度耐磨层与高韧性基材的相间配合，在保证旋挖齿耐磨性的同时，能有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Fe：6.3％～6.9％；Cr：8.5％～9.1％；C：2.2％～2.7％；Si：2.1％～2.8％；B：1.4％～1.9％；W：32％～34％；Co：1.5％～1.6％；其余为Ni。

【技术特征摘要】
1.一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Fe：6.3％～6.9％；Cr：8.5％～9.1％；C：2.2％～2.7％；Si：2.1％～2.8％；B：1.4％～1.9％；W：32％～34％；Co：1.5％～1.6％；其余为Ni。2.根据权利要求1所述的用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，其特征在于，所述用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末的粒度为80～325目。3.根据权利要求1或2所述的用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末，其特征在于，所述旋挖齿齿体的材质为H13K、321、309、310S、314、6Mo、15CrMo、42CrMo、35CrMnSi、12Cr1MoV、12CrMoWVTiB、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWv、1Cr11MoV、1Cr12WmoV或2Cr12WMoNbVB。4.一种应用权利要求1～3任一项所述的合金粉末进行旋挖齿齿体表面激光熔覆的方法，包括以下步骤：(1)在旋挖齿齿体锥形面上加工多个环形槽；(2)将激光器的激光头对准所述多个环形槽中的其中一个；(3)向激光头对准的环形槽内均匀送入所述合金粉末；(4)所述激光头发出激光，按预定轨迹连续熔化所述合金粉末，熔化产生的反应物填充所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，赵树森，赵钊，段韧，徐陈，
申请(专利权)人：江苏中科大港激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32