一種Cr12MoV冷作模具鋼激光熔覆工藝方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬熔覆工藝方法，特別是涉及一種Crl2M〇V冷作模具鋼激光熔 覆工藝方法。
【背景技術】
[0002] 激光熔覆技術是一項新興的表面改型技術。它通過預置或同步方式在基材表面添 加具有特定功能的熔覆材料，利用高能量密度（l〇4~l〇6W/cm2)的激光束照射熔覆材料，使 之與基材表面薄層一起熔凝成為冶金結合的添料熔覆層，顯著改善基體材料表面的耐磨、 耐蝕、耐熱、抗氧化和抗疲勞等性能。具有較低稀釋率、熱影響區小、與基面形成冶金結合、 熔覆件扭曲變形比較小、過程易于實現自動化等優點。激光熔覆技術應用到模具表面處理 上，可以極大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕、耐疲勞等機械性能，極大提高材料的使 用壽命。同時，還可以用于修復模具，大量節約加工成本。
[0003]YLS-3000光纖激光器屬于德國進口IPG高性能光纖激光器，其結合KUKA機器 人系統，可以組成機器人激光柔性加工系統。主要參數如下：工作模式：多模；額定輸出功 率：3000W;功率穩定性：小于2% ;激光波長：1070~1080nm;光電轉換率：彡25% ;光束質量： 4. 5mm*mrad。以前研究都集中在CO2激光器，利用光纖激光器的研究還未見報道，兩者的主 要區別在于〇) 2激光器激光波長：10600nm;光電轉換率：彡15%和光束質量：90mm*mrad，。 光纖激光器產生的激光為短波激光1070~1080nm，在金屬類零部件的激光加工中，其吸收率 (35%)高于CO2激光的吸收率（12%)。在激光熔覆加工過程中，半導體激光和光纖激光的能 量利用率約為CO2激光的兩倍，即2000W半導體激光熔覆效果等同于4000W的CO2激光熔 覆效果。但是利用光纖激光器的實際研究成果還沒有見報道。
[0004]Crl2MoV鋼是一種冷作模具鋼，具有淬透性好、硬度高、耐磨性和抗壓強度強的優 點，而且具有良好的熱加工性能和高沖擊韌性，常用來制造斷面較大、形狀復雜和承受較大 沖擊負荷的各種模具，如沖孔凹模、切邊模、滾邊模、壓印模和螺紋滾模等，但是模具在使 用過程中，除了受到力與熱的沖擊外，模具工作表面還與坯料間存在劇烈的摩擦作用，因此 Crl2MoV模具鋼在使用過程中仍然存在失效、耐磨性低等失效情況。如果在使用失效后就直 接報廢則會造成生產成本增大。因此在失效部位進行激光熔覆，并經簡單加工予以修復，從 而達到表面再制造的目的，對節約成本具有重要意義。由于Crl2M〇V鋼是一種應用較廣的 模具材料，對其進行表面激光熔覆試驗研究具有廣泛的應用價值。
[0005] 在現有利用0)2激光器激光熔覆過程中，出現了氣孔、裂紋等缺陷，人們也對其缺 陷提出了多種解決辦法，包括預熱、配置熱膨脹系數相似的粉末以及后處理等，效果并不理 想。如何利用光纖激光器在Crl2M〇V熔覆Ni60合金粉末得到結合強度高，組織細密，氣孔 和裂紋少的熔復層，是本領域人員需要研究的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種Crl2MoV冷作模具鋼激光熔覆工藝方法，該方法基于 YLS-3000光纖激光器，采用Ni60在Crl2M〇V冷作模具鋼激光熔覆，適于光纖激光修復工藝。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的： 一種Crl2M〇V冷作模具鋼激光熔覆工藝方法，所述方法包括其熔覆工藝過程如下： 1) 砂紙清理Crl2MoV板材表面，去除表面鐵銹，砂紙型號為W50、W28、W14、W10,酒精清 洗來去除油污； 2) 采用同軸送粉的方式，利用Ni60合金作為熔覆粉末；送粉方式為4路同軸送粉，熔 覆粉末使用前在微波爐干燥，去除水分來防止氣孔出現； 3) 送粉量固定為8g/min，激光功率為200-1000W，掃描速度為6-lOmm/s進行熔覆，保護 氣體為氮氣，氣體壓力為〇.IMp，光斑模式為圓形光斑，光斑直徑為2mm; 4) 對熔覆層進行分析；對熔復層紅光樣貌進行分析，選擇表面平整度好，粗糙度小，基 體表面無明顯顆粒的單層；利用HR-150DT洛氏硬度計測硬度，用MR5000進行微觀組織分 析。 本發明的優點與效果是： 本發明提供一種基于YLS-3000光纖激光器，采用Ni60在Crl2M〇V冷作模具鋼激光熔 覆的一種工藝，對比CO2激光器的激光修復，找到更適于光纖激光器的最佳工藝參數。
【附圖說明】
[0008]圖1為實施例1激光熔覆Crl2M〇V冷作模具鋼宏觀樣貌良好的單層樣貌圖；（多道 單層熔覆樣貌圖）； 圖2為實施例1激光熔覆Cr12M〇V冷作模具鋼單層樣貌的洛氏硬度圖；(熔覆層表面洛 氏硬度分布表）； 圖3為實施例1激光熔覆Crl2M〇V冷作模具鋼熔復區微觀組織圖；（熔覆層、結合區微 觀金像組織（200X)); 圖4為實施例1激光熔覆Cr12M〇V冷作模具鋼熔復層微觀組織圖。（熔覆層微觀金像 組織（1000X))。
【具體實施方式】
[0009] 下面結合實施例對本發明進行詳細說明。
[0010] 實施例1 利用YLS-3000光纖激光器，熔覆粉末為Ni60,對Crl2M〇V冷作模具鋼板材進行單層熔 覆。具體工藝步驟為： (1)用砂紙對Crl2M〇V冷作模具鋼板材表面進行打磨，去除表面鐵銹、雜質。再用酒精 清洗，祛除油污。
[0011] (2)熔覆粉末使用前需要預先干燥，采用在微波爐烘干的方式，減少粉末中氣體。
[0012] (3)將YLS-3000光纖激光器和相關輔助設備調整好，將板材固定。激光熔覆工藝 參數如表1所示 表1試驗數據表
(4)熔覆試驗結束，觀察單層宏觀樣貌，掃描速度為lOmm/s時的宏觀樣貌表面平整好， 基材表面無明顯顆粒，如圖1。此時激光能量密度、氣體、粉末形成了良好的交互：粉末在 隨氣流下降過程中，形成氣/粉兩相流，粉末吸收激光能量熔化，基體吸收激光能量形成熔 池，粉末進入熔池與熔液混合流動，到達熔池邊界后不再向寬度發展，延著激光移動方向流 動，所以其表面平整度好。粉末隨氣體下降過程中鋪展在基體上的寬度達到熔池寬度，幾乎 沒有粉末落到熔池邊界外，所以基體表面無明顯顆粒附著。
[0013] (5)利用HR-150DT測量表面洛氏硬度，每道測量三個點，所測硬度如圖2所示。出 現的明顯現象為隨激光功率的增大，熔復層硬度逐年減小。
[0014] (6)將試樣用線切割機切成小塊，磨拋并用4%的硝酸腐蝕后，利用MR5000金相顯 微鏡觀察微觀組織送粉量為8g/min，激光功率為200W的熔覆區顯微組織，如圖3。可以明 顯看到熔覆區從里到外分為基體、熱影響區、結合區和熔復層。
[0015] 利用MR5000觀察熔覆區顯微組織，如圖4。發現熔復層的組織主要為孿晶片狀馬 氏體和殘留奧氏體。Crl2M〇V冷作模具鋼的熱傳導率低，不容易散熱，在功率為200W時， 熔池內粉末溫度和基體溫度已經達到了熔點，基體原組織的馬氏體在810度會轉變成奧氏 體，激光以l〇mm/S的速度快速移走后，熔池溫度快速降低，降低到200度又形成馬氏體，片 狀馬氏體的成長速度為10 7S，成長速度遠遠大于熔池溫度降低速度，在此過程中，合金元素 如Ni、C、Mo等對馬氏體的形成起到促進作用，最終出現如圖4所示中大量的馬氏體，激光能 量分布服從高斯熱源分布，熔池內中央能量高，兩邊能量低，一部分奧氏體來不及轉變，導 致殘留奧氏體的出現。隨著激光功率增大到400W，熔池內溫度遠大于200W時熔池溫度，單 位時間內溫度降低量是一定的，激光頭移走之后熔池內溫度高，在此溫度下奧氏體會轉變 為貝氏體。功率進一步增大，奧氏體會轉變成屈式體，硬度進一步減小。YLS-3000光纖激光 器在送粉量固定為8g/min的情況下，激光熔覆Cr12M〇V的最佳工藝參數為掃描速度IOmm/ s，激光功率為200W。在此參數下，單層表面平整度高，粗糙度小，表面沒有明顯顆粒。熔復 層硬度可以達到58HRC，達到實際利用要求。熔復層主要組織為孿晶片狀馬氏體和殘留奧氏 體，熔復層和基體形成良好的冶金結合，硬度可以達到57HRC，實際生產可以利用。
[0016] 顯然，上述實例僅僅是為了清楚地說明利用YLS-3000激光器對Crl2M〇V激光熔覆 所做的舉例，并非是對本發明實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述 說明的基礎上，可以做出其他不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式 予以窮舉。屬于本發明所引出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種Crl2M〇V冷作模具鋼激光熔覆工藝方法，其特征在于，所述方法包括其熔覆工 藝過程如下： 1) 砂紙清理Crl2MoV板材表面，去除表面鐵銹，砂紙型號為W50、W28、W14、W10,酒 精清洗來去除油污； 2) 采用同軸送粉的方式，利用Ni60合金作為熔覆粉末；送粉方式為4路同軸送粉， 熔覆粉末使用前在微波爐干燥，去除水分來防止氣孔出現； 3) 送粉量固定為8g/min，激光功率為200-1000W，掃描速度為6-lOmm/s進行熔覆， 保護氣體為氮氣，氣體壓力為〇. IMp，光斑模式為圓形光斑，光斑直徑為2mm ; 4)對熔覆層進行分析；對熔復層紅光樣貌進行分析，選擇表面平整度好，粗糙度 小，基體表面無明顯顆粒的單層；利用HR-150DT洛氏硬度計測硬度，用MR5000進行微觀組 織分析。
【專利摘要】一種Cr12MoV冷作模具鋼激光熔覆工藝方法，涉及一種金屬熔覆工藝方法，所述方法包括其熔覆工藝過程如下：1）砂紙清理Cr12MoV板材表面，去除表面鐵銹，砂紙型號為W50、W28、W14、W10，酒精清洗來去除油污；2）采用同軸送粉的方式，利用Ni60合金作為熔覆粉末；送粉方式為4路同軸送粉，熔覆粉末使用前在微波爐干燥，去除水分來防止氣孔出現；3）送粉量固定為8g/min，激光功率為200-1000W，掃描速度為6-10mm/s進行熔覆，保護氣體為氮氣，氣體壓力為0.1Mp，光斑模式為圓形光斑，光斑直徑為2mm；4）對熔覆層進行分析；該方法基于YLS-3000光纖激光器，采用Ni60在Cr12MoV冷作模具鋼激光熔覆，適于光纖激光修復工藝。
【IPC分類】C23C24/10
【公開號】CN105002491
【申請號】CN201510388626
【發明人】張德強, 郝延杰, 李金華
【申請人】遼寧工業大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月6日