專利名稱：一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種冶金熱軋輥表面強化及修復工藝，尤其是一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝。
背景技術：
軋輥是使(軋材)金屬產生塑性變形的工具，是決定軋機效率和軋材質量的重要大型消耗性部件。軋輥的質量和使用壽命，直接關系到軋制生產的生產效率、產品質量及生產成本。我國軋輥材料供應不足、價格較高，一旦軋輥表面磨損失效，整個軋輥報廢(軋輥使用層僅占軋輥總重量的10％左右)，將造成巨大的材料浪費。如何修復失效軋輥，一直是軋輥制造業面臨的重大問題。目前，在一般鋼鐵企業，軋輥由于磨損需要修復時，多采用車削或磨削方式修正輥型。這種方式對提高軋輥壽命意義不大，只是一種“補救措施。采用軋輥表面修復與強化的熱處理技術來提高軋輥表面硬度，減少軋輥使用的磨損量，已成為延長軋輥壽命的一個主要發展方向和途徑。
由于熱軋輥所處的惡劣的工作條件和材質，常規表面強化技術如火焰淬火、高中頻淬火、等離子噴涂與噴焊、電弧堆焊等均不能有效提高軋輥表面高溫磨損和開裂的抗力。國內外很多鋼鐵廠家采用的軋輥表面激光強化處理一般均是激光淬火及熔凝工藝方法，這些方法僅僅對原始硬度不高的鍛鋼、球墨鑄鐵軋輥有顯著效果，對原始硬度較高的冷硬或無限冷硬合金鑄鐵軋輥效果不明顯，甚至降低其使用壽命。而熱軋板材、線材、棒材等大多數鋼材熱軋中，精軋輥由于成本及技術原因在國內外廣泛采用無限冷硬合金鑄鐵。因此，開發激光快速熔凝之外的強化技術是推進激光強化技術在軋輥方面強化中應用的關鍵。
發明內容針對現有技術存在的問題，本發明提供一種高功率CO2激光器快速掃描在冶金熱軋輥表面獲得高性能合金化層工藝。該工藝不僅可以大大提高軋輥表面的硬度，減少軋輥使用的磨損量，而且還可以帶來較大的經濟效益。
采用的技術方案是一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝，其要點在于它包括以下工藝過程
(1)首先機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗。
(2)用酚醛樹脂粘接劑將納米碳化物陶瓷涂料混合均勻，然后均勻地涂在預處理后的軋輥表面，預涂厚度為0.01～0.05mm，然后風干。
(3)選用DL-HL-T10000型CO2激光器快速掃描軋輥表面的涂層，使軋輥表面薄層快速熔化，并與軋輥表面的涂層冶金結合，形成合金層。
工藝參數如下激光功率P＝1000～10000W，掃描速度V＝1.5～20m/min，搭接率為15～35％，光斑直徑為D＝0.6～5mm。
本發明的特點在于在冶金熱軋輥上預涂納米碳化物陶瓷涂料，利用高功率CO2激光器在優化的工藝參數下實現合金化。
激光合金化是用激光將合金化粉末和基材一起熔化后迅速凝固，在表面獲得合金層。它相對于激光熔覆的優點是它可以在廉價基材表面獲得與基材本身差別很大的具有良好表面性能的新合金層。從而增加工件的使用壽命并降低材料損耗。由于合金元素完全溶解于表層內，獲得的改性層成分很均勻，對皸裂和剝落等傾向不敏感。激光表面合金化處理軋輥時具有能量作用集中，熱影響區小，合金化層組織細小，結構致密，氣孔率低而且容易實現自動化生產線，沒有化學污染、無輻射等優點。另外，合金化元素添加方式很多，工藝方式靈活，既可以是基材中固熔添加的硬質點，也可以是原位生成的，使得激光合金化技術更具有優勢。
涂層材料成分及激光功率、掃描速度、搭接率、光斑直徑等都會對合金化層組織產生重要影響。本發明選用優化的工藝參數，在激光合金化過程中，預置在軋輥表面的納米碳化物陶瓷涂料在高溫作用下發生迅速的溶解和分解，并均勻地分布在熔化層中，在超快速凝固過程中起到固溶強化和彌散強化的作用，并且使合金化層具有高度的熱穩定性。由于組織高度細化還使合金層強度、塑性、韌性得到提高。
具體實施方式
實施例一首先將待強化或修復軋輥機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗。再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預涂厚度為0.02mm，風干。打開SIEMENS數控機床，利用DL-HL-T10000型CO2激光器按照優化的工藝參數掃描涂有涂料的軋輥。具體工藝參數為激光功率P＝1500W，掃描速度V＝1.8m/min，搭接率為20％，光斑直徑為D＝0.8mm。
實施例二首先將待強化或修復軋輥機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗。再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預涂厚度為0.03mm，風干。打開SIEMENS數控機床，利用DL-HL-T10000型CO2激光器按照優化的工藝參數掃描涂有涂料的軋輥。具體工藝參數為激光功率P＝2500W，掃描速度V＝3.0m/min，搭接率為25％，光斑直徑為D＝2mm。
實施例三首先將待強化或修復軋輥機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀。然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗。再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預涂厚度為0.04mm，風干。打開SIEMENS數控機床，利用DL-HL-T10000型CO2激光器按照優化的工藝參數掃描涂有涂料的軋輥。具體工藝參數為激光功率P＝8000W，掃描速度V＝15m/min，搭接率為30％，光斑直徑為D＝4mm。
權利要求
1.一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于它包括以下工藝過程(1)機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗；(2)用酚醛樹脂粘接劑將納米碳化物陶瓷涂料混合均勻，然后均勻地涂在預處理后的軋輥表面，預涂厚度為0.01～0.05mm，然后風干；(3)選用高功率CO2激光器對軋輥外表面預涂的納米陶瓷涂料層進行快速掃描；工藝參數如下激光功率P＝1000～10000W，掃描速度V＝1.5～20m/min，搭接率為15～35％，光斑直徑為D＝0.6～5mm。
2.根據權利要求1所述的冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先將待強化或修復軋輥機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗；再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預涂厚度為0.02mm，風干，打開SIEMENS數控機床，利用高功率CO2激光器按照優化的工藝參數掃描涂有涂料的軋輥，具體工藝參數為激光功率P＝1500W，掃描速度V＝1.8m/min，搭接率為20％，光斑直徑為D＝0.8mm。
3.根據權利要求1所述的冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先將待強化或修復軋輥機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗；再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預涂厚度為0.03mm，風干，打開SIEMENS數控機床，利用高功率CO2激光器按照優化的工藝參數掃描涂有涂料的軋輥，具體工藝參數為激光功率P＝2500W，掃描速度V＝3.0m/min，搭接率為25％，光斑直徑為D＝2mm。
4.根據權利要求1所述的冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于首先將待強化或修復軋輥機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗；再將混合均勻的涂料均勻涂在軋輥表面，預涂厚度為0.04mm，風干，打開SIEMENS數控機床，利用高功率CO2激光器按照優化的工藝參數掃描涂有涂料的軋輥，具體工藝參數為激光功率P＝8000W，掃描速度V＝15m/min，搭接率為30％，光斑直徑為D＝4mm。
全文摘要
一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化的方法，其特征在于它包括以下工藝過程(1)機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當的清洗；(2)用酚醛樹脂粘接劑將納米碳化物陶瓷涂料混合均勻，然后均勻地涂在預處理后的軋輥表面，預涂厚度為0.01～0.05mm，然后風干；(3)選用高功率CO
文檔編號C23D5/00GK1932079SQ20061004799
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月12日 優先權日2006年10月12日
發明者陶興啟, 黃旭東, 劉常升, 陳海濤, 孫桂芳, 董容剛 申請人:沈陽大陸激光成套設備有限公司