一种强混机桨叶制造技术

本实用新型专利技术提供一种强混机的桨叶，用于解决现有技术中在钢母材的桨叶表面焊接单一成分的碳化钨形成的耐磨层容易自钢母材脱落的问题。该桨叶包括位于内部的钢质母材，以及位于母材表层的耐磨层，在桨叶表面用粉末等离子弧熔覆工艺将镍基耐磨合金熔融并加入碳化钨硬质合金颗粒进行逐层堆焊，且耐磨层在显微状态下：所述碳化钨硬质合金颗粒在耐磨层中均匀分布，无沉底现象；所述耐磨层与母材的结合部位测试稀释率为3％

【技术实现步骤摘要】
一种强混机桨叶


[0001]本技术属于桨叶耐磨层成型方法
，具体的说是在具耐磨层的强混机桨叶。

技术介绍

[0002]在桨叶10容易受到磨损的部位通过焊接、涂层的方式形成一个耐磨层00，用于提高桨叶的耐磨性能，这是行业常用方法，参考图1和图2。
[0003]例如，中国专利CN201120502286.5中公开了一种高速混合设备的桨叶，包括桨叶本体，桨叶本体的一端为自由端，另一端与桨轴相连，桨轴上设有用于与主轴相连的连接端，所述自由端表面及桨叶本体的上下侧面堆焊有碳化钨耐磨层。桨叶转动时，最容易受到磨损的部位为桨叶本体的上下侧面和自由端的表面，在易磨损的部位设置碳化钨耐磨层，所述碳化钨耐磨层的厚度为1mm至4mm；碳化钨耐磨层沿桨叶长度方向延伸20－60mm。上述参数可保证桨叶在耐磨的同时，可以使整体制造成本较低。
[0004]事实上，碳化钨的熔点：2800-3000℃左右；颗粒度：60-100目(0.15-0.25mm)；硬度 Hv1700-2200，耐磨性能仅次于金刚石，是耐磨材料中的上乘佳品。
[0005]上述的技术方案中提到了设置碳化钨耐磨层，是单一成分(碳化钨)的耐磨层，且需要高温才能完成熔融堆焊。该技术中利用了碳化钨的高硬度、高耐磨性的特显，这是其优势所在。但是，单一成分的碳化钨耐磨层与桨叶母材的结合强度较低，即可焊接性能较差，这对于强混机的使用环境中的强冲击下保持耐磨性是非常不利的，这种强烈冲击甚至可能造成熔覆层的整体脱落，即存在碳化钨耐磨层整体脱落的可能。因此，作为强混机中使用的桨叶，这种碳化钨耐磨层与桨叶母材的脱离是非常危险的。
[0006]同时，常规由于碳化钨的熔点在2800-3000℃左右，在将碳化钨堆焊在母材表面时，碳化钨中的C原子在高温作用下回产生固态迁移扩散，这对于碳化钨的耐磨性能具有直接的影响。
[0007]所以，单纯的在桨叶表面焊接碳化钨形成耐磨层，是存在缺陷的。即，上述的碳化钨耐磨层的耐磨原理是，利用碳化钨的耐磨性能对抗物料的磨损，但是引入了焊接性能差、耐磨层容易整体脱落的缺陷。
[0008]如何解决这种问题，为了解决碳化钨耐磨层与桨叶母材之间存在的脱落问题，下面技术提供了一种思路：
[0009]CN201110087226.6公开了一种船舶螺旋桨桨叶的修复方法，对于磨损的桨叶，可将桨叶导边磨损处用气焊堆焊起来，要求所用的焊丝材质与螺旋桨的材质一样，然后打磨堆焊处的表面。具体过程为：
[0010]1)在螺旋桨桨叶本体导边的磨损部位，用电焊的方法将其堆焊起来形成一个堆焊区，而后使用手提磨削机及手工修整将其修复至恢复桨叶本体的原有形状；
[0011]2)对缺损的桨叶本体，按缺损处的形状事先铸造略大一点的与螺旋桨材质一样的铸件，然后用手工的方法配作出其形状大小及厚度，其中边缘的焊缝处应加工适当的焊接
倒角；然后用氧
--
乙炔手工焊焊接起来，最后用手工进行打磨和修整至与原桨叶本体一致的形状。
[0012]即，理论上，通过将桨叶材质和待修复部位设置为同样的材质，可以有效的避免。但是，碳化钨材质的桨叶，碳化钨的脆性会对桨叶的韧性产生不利影响。且采用碳化钨作为整体的桨叶材料，考虑到其抗冲击性、韧性和成本、尤其是其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，不适合作为抗冲击的桨叶使用，使得其仅仅存在于理论上的可能，所以现有的强混机桨叶
中，并没有出现以单一成分的碳化钨作为桨叶母材的先例。
[0013]事实上，本技术依然是沿用在高强度钢表面覆耐磨层的技术路线，提供一种更高耐磨性的桨叶及其制造工艺。
[0014]基于此，作为常规钢材质的桨叶，本技术人未检索到采用将碳化钨颗粒与镍基耐磨合金混合耐磨材料辅以粉末等离子弧堆焊工艺方法用于增强桨叶表面耐磨性能的相关技术，以及文献。

技术实现思路

[0015]为了解决现有技术的不足，本技术提供一种桨叶，用于解决现有技术中在钢母材的桨叶表面焊接单一成分的碳化钨形成的耐磨层容易自钢母材脱落的问题，以及进一步地提高新技术中耐磨层的耐磨性能和抗冲击性能。
[0016]本技术解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0017]一种强混机桨叶，该桨叶包括位于内部的钢质母材，以及位于母材表层的耐磨层，其特征在于，所述耐磨层是在桨叶表面用粉末等离子弧熔覆工艺将镍基耐磨合金熔融并加入碳化钨硬质合金颗粒进行逐层堆焊形成的，且耐磨层在显微状态下：
[0018]所述碳化钨硬质合金颗粒在耐磨层中均匀分布，无沉底现象；
[0019]所述耐磨层高倍金相照片显示堆焊层中硬质相有碳化钨硬质合金颗粒、Cr7C3颗粒、NiB 颗粒，三种颗粒硬质相面积占比60-70％；
[0020]所述耐磨层与母材的结合部位测试稀释率为3％-5％。
[0021]进一步地，碳化钨硬质合金颗粒显微硬度平均值Hv＝1982，Cr7C3颗粒显微硬度平均值 Hv＝1326，NiB颗粒显微硬度平均值Hv＝1153，
[0022]进一步地，堆焊工艺中所述碳化钨硬质合金颗粒与镍基耐磨合金用料重量比为40-60％。
[0023]进一步地，所述桨叶的迎料面部位耐磨层厚度为6mm，其余部位为4mm。
[0024]进一步地，所述堆焊单层厚度为2mm。
[0025]本技术的有益效果是：
[0026]1、首次将(WC+Ni60)混合耐磨材料粉末等离子弧堆焊工艺方法用于桨叶的国产化制造，该中桨叶尤其能够满足强混机的使用要求。
[0027]2、本技术中的桨叶采用粉末等离子弧熔覆工艺制造属于绿色增材制造范畴，初始制造时就埋下了再制造的基因，可以重复的进行覆材再制造，母材坯体可以重复使用3-4次，第二、三、四次再制造成本只有初始制造的1/4。
附图说明
[0028]图1为桨叶和桨叶轴的安装示意图。
[0029]图2为桨叶与耐磨层的位置关系(纵切面)。
[0030]图3为桨叶与耐磨层的位置关系(横面)。
[0031]图4为现有技术中WC硬质合金颗粒在堆焊熔覆过程中出现的沉底现象示意图。
[0032]图5为WC硬质合金颗粒填充镶嵌在熔融的镍基耐磨合金内的耐磨机理。
[0033]图6为粉末等离子弧堆焊原理示意图。
[0034]图7为喷嘴的尺寸图。
[0035]图8为氩弧焊与等离子电弧形态对比图。
[0036]图9为氩弧焊与等离子电弧温度场示意图。
[0037]图10为耐磨层的金相显微照片(1000μm单位)。
[0038]图11为耐磨层的金相显微照片(100μm单位)。
[0039]图中：
[0040]00耐磨层，01碳化钨硬质合金颗粒，02熔合线，021脱碳层，03熔覆金属，04迎料面， 05 Cr7C3和NiB颗粒，
[0041]10桨叶，
[0042]20母材,
[0043]图5中，31为钨极，3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强混机桨叶，该桨叶包括位于内部的钢质母材，以及位于母材表层的耐磨层，其特征在于，所述耐磨层是在桨叶表面用粉末等离子弧熔覆工艺将镍基耐磨合金熔融并加入碳化钨硬质合金颗粒进行逐层堆焊形成的，且耐磨层在显微状态下：所述耐磨层高倍金相照片显示堆焊层中硬质相有碳化钨硬质合金颗粒、Cr7C3颗粒、NiB颗粒，三种颗粒硬质相面积占比60-70％；所述碳化钨硬质合金颗粒在耐磨层中均匀分布，无沉底现象；所述耐磨层与母材的结合部位测试稀释率为3％-5％。2.根据权利要求1所述的一种强混...

【专利技术属性】
技术研发人员：严仁昌，肖维，孙德涵，
申请(专利权)人：威海浩洋机械制造有限公司，
类型：新型
国别省市：