[發(fā)明專利]鍛模表面自動(dòng)熔覆鐵鋁金屬間化合物+氧化釔方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910264667.1
• 申請(qǐng)日: 2009-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN102108509A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛艷明;張德庫(kù);王克鴻;金曉;張國(guó)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇金源鍛造股份有限公司
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于在鋼質(zhì)材料表面等離子弧強(qiáng)化的方法及設(shè)備，特別是一種在大型鍛模上進(jìn)行自動(dòng)熔覆Fe₃Al/Y₂O₃耐熱耐磨層的方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

眾所周知，很多大型主軸鍛件形狀的特殊且質(zhì)量要求較高。熱胎模鍛造時(shí)，制件在高溫下通過沖擊加壓，強(qiáng)制金屬成形。模具承受巨大沖擊，同時(shí)經(jīng)受壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和各種附加應(yīng)力，被鍛金屬在模具型腔內(nèi)流動(dòng)又產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，型腔表面與高溫(1100～1200℃)金屬接觸，被加熱至300～400℃局部高達(dá)500～600℃，此外還經(jīng)常受到反復(fù)的加熱與冷卻，極易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。因而要求熱鍛模在高溫下應(yīng)保持高的強(qiáng)度、足夠的韌性、高的耐磨性和一定的硬度、優(yōu)良的耐熱疲勞性、導(dǎo)熱性和抗氧化能力。而目前常用的是3Cr2W8V鋼、5CrMnMo鋼、5CrNiMo鋼等常規(guī)熱處理由于表面質(zhì)量欠佳及防止“置裂”過早地進(jìn)入420～480℃爐內(nèi)回火，使心部過冷奧氏體發(fā)生上貝氏體轉(zhuǎn)變，使鍛模力學(xué)性能下降，壽命降低，僅為200件左右。失效形式為脆斷、塌陷、咬合、熱疲勞及熱磨蝕。

為提高鍛模的使用壽命，目前除采取合理的鍛造工藝外，主要采取的措施是進(jìn)行表明強(qiáng)化處理，以達(dá)到提高模腔表面硬度和耐磨性的目的。提高模具壽命的表面強(qiáng)化工藝有滲碳、氮碳共滲(軟氮化)、滲硼、離子氮化、TD處理及稀土-硼、碳-氮-硼共滲、鍍鉻等方法；表面覆層硬化工藝中的PVD、CVD、PCVD技術(shù)以及表面噴丸、離子注入、激光表面強(qiáng)化處理、納米表面技術(shù)等新工藝也被廣泛采用。

傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化工藝均有各自適用的領(lǐng)域，上述方法主要不足是其強(qiáng)化層厚度均較小，不適合殘酷條件及長(zhǎng)壽命要求；而激光表面強(qiáng)化技術(shù)，容易受到工件尺寸及形狀的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用等離子弧對(duì)大型鍛模進(jìn)行原位生成金屬間化合物進(jìn)行自動(dòng)強(qiáng)化的方法，使大型鍛模制造后進(jìn)行表面的硬度及耐磨性強(qiáng)化，有力提高大型鍛模的使用次數(shù)。一方面利用等離子弧熱源在鍛模表面原位生成Fe₃Al金屬間化合物，另一方面利用添加稀土元素，有力地改善了強(qiáng)化層的質(zhì)量，使強(qiáng)化層致密、無裂紋，滿足使用要求。該方法可實(shí)現(xiàn)大型鍛模強(qiáng)化層緊密結(jié)合，使強(qiáng)化層在鍛模工作過程中無撕裂，無脫落，無變形。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：本發(fā)明鍛模表面自動(dòng)熔覆鐵鋁金屬間化合物+氧化釔的設(shè)備，包括操作機(jī)1、控制器2、圖象卡3、圖像傳感器CCD4、濾光片及鏡頭5、微型計(jì)算機(jī)CPU6、數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換卡7、大型鍛模工件8、變位機(jī)9和熔覆系統(tǒng)10，熔覆系統(tǒng)10中包括等離子弧焊槍11，等離子弧熔覆焊槍11置于操作機(jī)1機(jī)頭，操作機(jī)1由控制器2進(jìn)行姿態(tài)與軌跡控制，從而控制了等離子弧焊槍11的熔覆軌跡；大型鍛模工件8放置于變位機(jī)9之上，變位機(jī)9進(jìn)行翻轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)；濾光片及鏡頭5安裝在圖像傳感器CCD4上，圖像傳感器CCD4與圖像卡3相連，圖像傳感器CCD4采集的信號(hào)輸入圖像卡3，再輸入CPU6進(jìn)行處理，CPU6輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換卡7轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)送至熔覆系統(tǒng)10進(jìn)行焊接工藝參數(shù)控制。

本發(fā)明鍛模表面自動(dòng)熔覆鐵鋁金屬間化合物+氧化釔方法，將純凈Al粉末、Fe粉末及氧化釔Y₂O₃粉末混合均勻并均勻涂覆在鍛模需強(qiáng)化部位表面，保護(hù)劑均勻自動(dòng)的鋪展于涂覆層表面；對(duì)于鍛模表面的熔覆，等離子弧熔覆焊槍11設(shè)置于熔覆層的上方，熔覆開始時(shí)焊槍11起電弧將焊槍11下鍛模表面粉末層熔覆，生成金屬間化合物Fe₃Al，而氧化釔Y₂O₃則保證熔覆層的致密與無裂紋；保護(hù)劑熔渣上浮于熔覆層表面，焊槍11在鍛模表面按照編程設(shè)定的軌跡進(jìn)行熔覆，一邊進(jìn)行垂直于前進(jìn)方向進(jìn)行一定頻率擺動(dòng)，以利于熔覆質(zhì)量提高，直到鍛模表面全部達(dá)到熔覆。另一方面，當(dāng)需要熔覆鍛模內(nèi)型腔壁表面時(shí)，利用變位機(jī)將鍛模進(jìn)行翻轉(zhuǎn)90°，將焊槍11深入到鍛模型腔內(nèi)進(jìn)行熔覆，熔覆時(shí)保持焊槍11只在水平面上進(jìn)行移動(dòng)，熔覆位置的變換則由變位機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)利用等離子弧進(jìn)行熔覆，強(qiáng)化層是原位產(chǎn)生的，因此更加致密、無污染；(2)強(qiáng)化層與基體能夠進(jìn)行冶金結(jié)合，防止鍛模在工作過程中強(qiáng)化層脫落、開裂現(xiàn)象；(3)采用添加適量稀土元素，成功地使強(qiáng)化層晶粒形成更加均勻，抑制晶間裂紋的產(chǎn)生；(4)整個(gè)強(qiáng)化系統(tǒng)采用機(jī)器人系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行，能夠使熔覆過程更加精確、穩(wěn)定、可控。(5)采用CCD傳感在線調(diào)整熔覆參數(shù)，確保基體不熔化。

附圖說明