[發明專利]一種鋁鑄軋機鑄軋輥激光強化方法

無效

• 申請號: 201210072912.0
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN102586548A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 李福海;佟鑫;陳興馳;馬文有
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D9/38
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明涉及鋁加工技術領域，具體說是在鋁鑄軋機鑄軋輥的輥套表面采用激光表面強化處理的方法。

背景技術

鑄軋輥是鋁鑄軋機上重要的核心部件，在鋁鑄軋生產過程中，它的作用是在一般長60mm的鑄軋區內連續地將鋁液完成凝固結晶和軋制，形成鑄軋板坯。在這個過程中，鑄軋輥受到三個方面的作用：其一，巨大的軋制力；其二，巨大的溫度梯度，因為鑄軋輥表面在鑄軋區內時溫度約為700℃，離開鑄軋區后，溫度急劇降到300℃左右，所以受到周期性的溫度變化沖擊；其三，熔融鋁液的侵蝕。這三個作用導致鑄軋輥表面極易產生裂紋缺陷，需要周期性加工掉表面缺陷才能繼續使用，影響鑄軋質量和生產的連續性。

因此提高鑄軋輥表面抗裂性能是提高鑄軋輥使用壽命的重要途徑，這一般采取兩個途徑來實現。其一是選擇高性能的輥套材料，如選擇含Cr、Ni、Mo、V、Mn、Si等元素的中低碳合金鋼，由于合金元素的加入，在保證材料具有較高導熱能力的情況下，提高了強度、硬度、耐磨性及淬透性，并能使其抗熱疲勞性得到改善，如國內采用32Cr3Mo1V材料，國外則采用Mo22、Pg-3、32CrNi3Mo1V、PCr3Ni3Mov等材料都具有良好的綜合性能；其二是對輥套做表面處理。

方法一雖然可以選擇更高熱疲勞性能的材料，但必須兼顧輥套的加工和制作方法，有可能因為合金元素的增加引起輥套加工、熱處理以及使用過程中再加工的困難，更容易導致使用輥套成本增加和生產鋁板工藝經常調整，不易被生產廠家采用。

方法二不改變鑄軋輥的生產制作和使用方法，僅通過表面處理即可增加鑄軋輥的使用壽命，也不改變輥套的加工工藝及其導熱性能，因此容易被接受。目前被廣泛采用的表面處理方法有輥面噴涂石墨乳與水的混合潤滑劑，或者用未完全燃燒的石油天然氣燒烤表面形成炭黑附著層，在與鋁液接觸時無機炭能夠起到隔絕作用，預防熔融鋁的侵蝕，延長壽命，并起到固體潤滑劑的作用。

中國專利101864567A提出了用化學方法，將甲醇、硝酸溶液在輥面上形成0.05～0.1mm的淺黃色氧化鐵覆蓋層，以提高硬度，并用石墨乳、酒精、水的混合物作為潤滑劑，但沒有提到使用效果，并且氧化鐵本身結合力不強，在熱交變過程中存在脫落的可能性極高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種激光強化方法，在鑄軋輥表面形成富含合金元素的強化層區域，強化層硬度高、耐磨性好，沒有裂紋、氣孔等缺陷，與輥套基體結合力強，為冶金結合，強化層不會影響輥套的導熱性能和基體材料的基本力學性能，也不會改變鑄軋輥的使用工藝，而且能夠提高抗熱疲勞開裂性能。

本發明的技術方案如下：①將金屬基體用機械打磨除銹，丙酮擦拭除油；②將蟲膠的酒精飽和溶液、酒精和粒度為+1～-50μm的金屬粉或合金粉，按照重量比10∶70∶20混合均勻，均勻涂抹或噴涂在金屬基體上，自然干燥，使厚度為0.1～0.3mm；③CO₂激光器功率為2000～7000W，激光束寬度為1～10mm，激光熔覆速度為100～5000mm/min，激光強化帶呈間隔分布，激光強化帶寬度1～10mm，掃描間隔0.5～5mm，掃描深度0.2～0.6mm。

上述金屬粉或合金粉為Cr粉、Ni粉、Co粉、Cr合金粉、Ni合金粉或Co合金粉或所述金屬粉或合金粉的混合物。

由金相圖1可以看出：合金元素經激光強化后，強化層與基體為冶金結合，無氣孔、裂紋等缺陷，其組織為細小柱狀枝晶組織。

本發明系統地測定了激光強化層的硬度，結果見圖2所示，可以看出，激光強化層最高硬度為Hv700左右，比基體的Hv400提高了許多，因此耐磨性、耐用性將有較大的提高。

本發明著重測定了激光強化層抗冷熱疲勞開裂的能力和抗鋁液侵蝕的能力，與基體材料的比較結果如圖3、4、5所示。從圖3可見，32Cr3Mo1V基體經過熱疲勞后表面出現了大量的裂紋(測定面積比例為28.9％)，而圖4中激光強化層裂紋面積僅為12.4％，因此抗裂性能提高了兩倍多，不僅如此，圖5為激光強化層與基體的界面，可以看出，由于激光強化層的存在，基體中熱疲勞裂紋被阻擋，難以繼續擴展，形成大的裂紋，因此激光強化層具有明顯的抗裂紋生長的能力，其綜合抗裂能力比32Cr3Mo1V基體高2倍以上；圖6為32Cr3Mo1V基體在鋁液中被侵蝕后的截面形貌，可以看出生成了明顯的鋁鐵金屬間化合物，而圖7中激光強化層沒有被侵蝕，說明強化層抵抗熔融鋁液腐蝕的能力比基體強的多。

附圖說明

圖1為實施例1的激光強化層金相圖；

圖2為實施例1的激光強化層硬度分布；