一种中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法与流程

本发明属于金属构件再制造及表面强化，具体涉及一种中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法。

背景技术：

1、中碳合金钢具有较高的强度、淬透性、疲劳强度和综合力学性能，适合用于制造冶金、矿山和重载输送设备中的耐磨辊道辊。本发明所称中碳合金钢，是指c质量分数为0.25%~0.80%的合金钢，42crmo为其中的代表性钢种之一。辊道辊在服役过程中反复承受物料重力、冲击载荷、接触应力以及氧化皮和硬质颗粒的磨粒作用，表面容易出现磨损沟槽、局部压痕、疲劳剥落、塑性变形和辊径减小等失效现象。

2、当辊道辊磨损量超过允许范围后，辊面圆度和运行稳定性下降，可能引起设备振动、物料输送偏移以及产品表面质量降低。对于尺寸较大、装配位置重要或更换周期较长的中碳合金钢耐磨辊道辊，直接报废更换会增加材料成本、加工成本和生产线停机时间，因此对其实施再制造修复具有较高的工程价值。

3、现有辊道修复方法主要包括电弧堆焊、等离子喷焊、热喷涂和粉末激光熔覆。电弧堆焊的热输入较大，容易引起辊体变形、热影响区扩大和组织粗化；热喷涂层与基体之间主要以机械结合为主，在冲击和高接触载荷作用下容易开裂或剥落；粉末激光熔覆虽然热输入集中，但在圆柱曲面连续修复过程中容易出现粉末飞散、材料利用率受限及送粉波动等问题。

4、整体而言，当前针对中碳合金钢耐磨辊道辊的修复技术仍难以同时兼顾低热变形、高结合强度、优异耐磨性能与高效连续作业的需求，开发适配该类圆柱构件的修复强化工艺，在恢复辊道辊尺寸精度的同时提升其表面耐磨服役寿命，既面临技术挑战也具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法。

2、本发明的目的是要提供一种针对中碳合金钢耐磨辊道辊的修复强化方法，以在恢复辊道辊磨损尺寸的同时，使修复层在结合强度、耐磨性能和抗剥落能力方面得到提升，从而提升辊道辊的服役寿命和运行可靠性。

3、本发明提供一种中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其中，中碳合金钢中c的质量分数为0.25%~0.80%，包括以下步骤：

4、步骤1：对待修复的中碳合金钢耐磨辊道辊进行预处理，去除表面氧化层、疲劳层及缺陷层；

5、步骤2：制备药芯焊丝，药芯焊丝以金属带材为外皮，内部填充有合金粉末；药芯焊丝成分包括：tic、b、ce、c、cr、mn、si、v及fe；

6、步骤3：将预处理后的辊道辊装夹于旋转变位机构上，使辊道辊绕自身轴线旋转，同时激光头沿辊道辊轴向行走，采用激光填丝熔覆工艺将药芯焊丝连续螺旋搭接熔覆于辊道辊表面，形成增强金属基熔覆层。

7、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤2中，以药芯焊丝的总质量计，ce的含量为0.15%~0.45%，b的含量为0.30%~0.40%，tic的含量为30%~36%，c的含量为0.30%~0.40%、cr的含量为9.50%~11.00%、mn的含量为0.50%~0.70%、si的含量为0.80%~1.00%、v的含量为0.50%~0.70%。

8、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤2中，以药芯焊丝的总质量计，ce的含量为0.45%，b的含量为0.35%，tic的含量为33%，c的含量为0.35%，cr的含量为10.30%，mn的含量为0.60%，si的含量为0.90%，v的含量为0.60%，余量为fe及不可避免的杂质。

9、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤2中，药芯焊丝的直径为1.6~2.0mm。

10、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤3中，激光填丝熔覆的工艺参数为：激光功率2500~3000w，熔覆线速度10~15mm/s，送丝速度16~22cm/min，光斑尺寸4mm×2mm至5mm×2mm，搭接率45%~58%，保护气体流量10~15l/min。

11、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤3中，激光填丝熔覆的工艺参数为：激光功率2900w，熔覆线速度14mm/s，送丝速度20cm/min，光斑尺寸5mm×2mm，搭接率55%，保护气体流量14l/min。

12、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，中碳合金钢选自：42crmo钢，45号钢，60crmnmo钢等；优选地，中碳合金钢为42crmo钢。

13、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤3中，保护气体为氩气。

14、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤1中，预处理包括车削去除氧化层、疲劳层、裂纹和松动材料，然后打磨消除毛刺及尖锐转角，再采用无水乙醇清洗辊面并干燥。

15、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，步骤3中，激光填丝熔覆过程中，将焊丝端部均速送入激光熔池前缘。

16、作为上述中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法的进一步优化方案，该方法用于中碳合金钢耐磨辊道辊的磨损尺寸恢复和/或表面耐磨强化。

17、有益效果

18、本发明采用自制药芯焊丝激光填丝熔覆工艺实现中碳合金钢耐磨辊道辊的修复强化，通过将辊道辊旋转变位与激光头轴向行走相配合形成连续螺旋搭接熔覆轨迹，相较于传统电弧堆焊、热喷涂及粉末激光熔覆方式，兼具热输入集中、热影响范围小、构件变形程度低、填充材料输入稳定且利用率高的优势，可在恢复辊道辊磨损尺寸的同时原位制备与基体形成良好冶金结合的颗粒增强金属基熔覆层，适配圆柱类重载钢制构件的连续化再制造需求。本发明通过构建由特定配比的tic、b、ce、c、cr、mn、si 0、v及fe形成的药芯焊丝，并将焊丝成分配比与激光功率、熔覆速率、送丝参数、搭接工艺等条件进行协同适配，在激光快速凝固的复杂传质传热环境下实现原始硬质颗粒保留、二次硬质相析出及组织均匀性的协同调控，使熔覆层内硬质相获得优化的形貌、尺寸与分布状态，改善硬质相与金属基体的界面结合质量，进而有效提升修复层抵抗磨粒犁削、塑性变形及表层材料剥落的能力，显著优化辊道辊的耐磨服役性能与运行稳定性，对于降低冶金、矿山及重载输送领域的辊道辊更换与运维成本、缩短设备停机周期具有良好的工程应用价值。

1.一种中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，所述中碳合金钢耐磨辊道辊的基体材料中c的质量分数为0.25%~0.80%，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，步骤2中，以所述药芯焊丝的总质量计，ce的含量为0.15%~0.45%，b的含量为0.30%~0.40%，tic的含量为30%~36%，c的含量为0.30%~0.40%、cr的含量为9.50%~11.00%、mn的含量为0.50%~0.70%、si的含量为0.80%~1.00%、v的含量为0.50%~0.70%。

3.根据权利要求1所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，步骤2中，以所述药芯焊丝的总质量计，ce的含量为0.45%，b的含量为0.35%，tic的含量为33%，c的含量为0.35%，cr的含量为10.30%，mn的含量为0.60%，si的含量为0.90%，v的含量为0.60%，余量为fe及不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，步骤2中，所述药芯焊丝的直径为1.6~2.0mm。

5.根据权利要求4所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，步骤3中，所述激光填丝熔覆的工艺参数为：激光功率2500~3000w，熔覆线速度10~15mm/s，送丝速度16~22cm/min，光斑尺寸4mm×2mm至5mm×2mm，搭接率45%~58%，保护气体流量10~15l/min。

6.根据权利要求3所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，步骤3中，所述激光填丝熔覆的工艺参数为：激光功率2900w，熔覆线速度14mm/s，送丝速度20cm/min，光斑尺寸5mm×2mm，搭接率55%，保护气体流量14l/min。

7.根据权利要求1所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，所述中碳合金钢为42crmo钢。

8.根据权利要求1所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，步骤1中，所述预处理包括车削去除氧化层、疲劳层、裂纹和松动材料，然后打磨消除毛刺及尖锐转角，再采用无水乙醇清洗辊面并干燥。

9.根据权利要求1所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，步骤3中，所述激光填丝熔覆过程中，将焊丝端部均速送入激光熔池前缘；所述保护气体为氩气。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的中碳合金钢耐磨辊道辊表面修复强化方法，其特征在于，所述方法用于中碳合金钢耐磨辊道辊的磨损尺寸恢复和/或表面耐磨强化。