[發明專利]一種壓射沖頭激光表面合金化方法

無效

• 申請號: 201210561764.9
• 申請日: 2012-12-22
• 公開（公告）號: CN103014697A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 佟鑫;陳興馳;王蕾;李福海;馬文有
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明涉及壓鑄技術領域，具體是在壓鑄機壓射沖頭表面采用激光合金化處理的方法。

背景技術

壓鑄是一種使金屬液在高壓條件下以極快的速度填充模具型腔的鑄造方法。壓射沖頭是壓鑄機產生壓射力的重要部件之一，金屬液進入壓射室后，壓射沖頭在壓射室內向前高速移動將金屬液填充到模具型腔。由于壓射沖頭與金屬液接觸，在受熱過程中，如果采用的材料膨脹系數差別大，受熱不均或者射料桿在長度方向上彎曲變形，以及金屬液嵌入壓室和沖頭之間形成墊層或磨粒，都可能在沖頭上產生局部或整個圓周上的阻力，從而造成沖頭的磨損失效及咬合卡死等問題，嚴重影響了壓鑄效率。目前，壓射沖頭多為整體構件，一旦表面磨損超差，就致使整個沖頭報廢，特別是大型壓鑄機沖頭，由于尺寸大，報廢造成的材料浪費嚴重，并且不利于節能環保。

目前，我國大部分壓鑄廠采用球墨鑄鐵、普通中碳鋼制作壓射沖頭，然而，由于材料導熱性及韌性指標較低，難以適應壓射沖頭高速、高溫的工況條件，一般使用1000~1500模次就失效。為了減少壓射沖頭的消耗量，節約成本，國內外相繼開發了多種新型沖頭材料，其中以低合金鑄鐵和鈹青銅最為典型。低合金鑄鐵壓射沖頭成本低廉、加工方便，但是壽命提高不顯著。鈹青銅壓射沖頭在國外應用較廣，但是鈹元素有毒性，而且鈹青銅壓射沖頭成本高，對工作環境要求苛刻，在國內沒有成功推廣。由此可見，壓射沖頭的材料種類眾多，且各有利弊，單獨改進材料的研究方法已不能實現技術突破。

中國專利CN101338426B提供了一種激光陶瓷合金化強化工藝方法，其特征是針對采煤機、掘煤機截齒齒體頭部，采用碳化物陶瓷混合粉末形成激光合金化強化層，由于碳化物在激光合金化過程中容易發生分解，導致合金層碳含量增多，造成部件表面硬度過高，這種方法應用在壓射沖頭上，會加速壓射室的損壞。中國專利CN101775479B提供了一種球磨鑄鐵軋輥表面合金化方法，其特征是采用鉻、鎳、鉬和碳化鎢混合粉末作為合金化涂料，這種方法獲得的軋輥合金化層存在裂紋缺陷，碳化鎢在合金化層中殘留容易產生局部應力集中，這種方法不能在壓射沖頭上應用。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種激光表面合金化的方法，在壓射沖頭外圓面形成硬度高、耐磨損性能好的合金化區域。

本發明的技術方案如下：①將粒徑1~5μm的Ni粉、粒徑1~8μm的Cr粉按重量比1∶0.25~5混合，在轉速100~180rpm下，球磨60~150min；②用丙酮清洗中碳鋼壓射沖頭的外圓面；③將漆片溶液和工業酒精按體積比1∶5~10混合，取上述溶液25~110ml，加入混合金屬粉25~150g，混合攪拌，隨后均勻涂抹在壓射沖頭外圓面，厚度為0.03~0.15mm；④調整CO₂激光器功率為4000~5000W，光斑直徑1.5~2mm，掃描速度800~1000mm/min，搭接率30~50%對壓射沖頭進行激光表面合金化處理；⑤待壓射沖頭冷卻后，磨削加工，使激光合金化表面光滑平整。

由圖1可以看出，激光合金化后，壓射沖頭表層由激光合金化區、熱影響區和基體三部分組成，其中激光合金化區與熱影響區形成了良好的冶金結合界面，激光合金化區沒有裂紋、氣孔缺陷。

從圖2可以看出，激光合金化區形成了不同于沖頭本體的Fe-Cr、Ni-Fe-Cr固溶體和M₇C₃、M₂₃C₆型碳化物混合相。

從圖3可以看出，激光合金化區形成了不同于沖頭本體的Fe-Cr、Ni-Fe-Cr固溶體，M₇C₃、M₂₃C₆型碳化物和Fe₃Ni₂金屬間化合物混合相。

從圖4和圖5可以看出，激光合金化區顯微組織由樹枝狀枝晶和網狀、

塊狀彌散分布的化合物組成。

本發明的激光合金化層中Cr元素平均質量分數10%~25%，Ni元素平均質量分數5%~15%，與熱影響區和沖頭基體相比，激光合金化層Cr?、Ni元素含量明顯增加。

本發明的激光合金化層平均顯微硬度為400~650HV，是基體材料的1.5~3倍左右，硬度有較大的提高。