激光表面强化材料、工艺 及其在泵阀行业的应用 浙江久恒光电科技有限公司 瑞安市激光应用工程示范中心 内 容 提 要 泵阀产品对激光表面强化技术需求分析 泵阀激光表面强化工艺、材料及应用 激光熔覆与传统工艺对比分析 激光表面强化技术在泵阀上应用案例分析 瑞安市激光应用工程示范中心简介 泵阀产品对激光表面强化技术需求分析 泵 阀 常 用 基 体 材 料 及 应 用 范 围 碳钢铸件：WCA,WCB,WCC,适用于熔焊和中高温应用426- 454 低合金钢：WC6,WC9,C-5,C-12，适用于高温应用环境565- 648 铁素体钢：LCB,LCC,LC1,LC2,LC3，适用于压力容器部件，较低 温度应用环境。-45至 -101 奥氏体不锈钢：304，316，316L，在温度高达426的应用环境 中，仍然具有很好的抗蠕变强度，耐腐蚀和氧化作用的性能 马氏体不锈钢：2Cr13，3Cr13，12Cr，适用于要求具有很好的抗 腐蚀，很高的抗拉强度和抗冲击强度特性，还具有很好的抗气蚀性。 特别适用于含硫气体应用环境 镍和镍合金：M35-1 (Monel)，N-12M (Hast-B)，CY-40 (Inconel) ，CZ-100 (Nickel)，对于强氧化作用的环境具有很好的耐腐蚀性 泵阀传统的表面强化技术及存在的问题 泵 阀 密 封 面 主 要 的 要 求 ： 在 一 定 工 作 温 度 和 压 力 下 ， 提 高 基 体 的 耐 磨 ， 耐 腐 蚀 能 力 。 主 要 表 现 在 硬 度 、 摩 擦 系 数 、 耐 冲 击 、 抗 剥 落 能 力 镀 硬 铬 ： 改 性 层 极 薄 ， 易 开 裂 剥 落 ， 涂 层 厚 度 钴基手工焊 (2) 随着温度的升高，磨损失重逐渐增加 激光熔覆/手工堆焊比对-磨损实验2 磨损参数：试验力50 N，转速50 rpm， 试验时间3 h 试验温度：600，800 司太立6手工焊：HRC 43-44； 钴基激光熔覆：HRC 48-49； 测试两种材料前后表面硬度均无变化 其中手工堆焊在试样在800磨损特 别严重,磨损20 min表面拉伤严重，设备 停止运转。 同样的钴基合金激光熔覆产品 在高温下显示出明显的优势。 钴基合金和手工堆焊司太立6 在600800工况下磨损试验 激 光 熔 覆 / 手 工 堆 焊 比 对 - - 形 貌 铁基 激光熔覆 钴基 激光熔覆 司太立6 手工堆焊 200时不同材料工艺的形貌 激光熔覆/手工堆焊比对-显微组织 左图钴基激光熔覆 右图司太立6手工焊 结论：激光熔覆枝晶细 小致密，手工焊热输 入量较大，冷却速度 慢，枝晶比粗大。 低倍组织 中部 高倍组织 结合部 高倍组织 显微组织比较 由图可以看出激光熔覆试验硬度高于手工焊试样，说明手工焊试样出 现较严重的稀释现象，并且越靠近基材，稀释越严重，硬度越低。 激光熔覆/手工堆焊比对-硬度分布 常用的熔覆材料耐蚀性能测试中性盐溶液 3.5%的NaCl溶液中的动态电位极化曲线 40g l-1 NaOH +8g l-1 Na2S溶液中的动态电位极化曲线 常用的熔覆材料耐蚀性能测试-碱性 超音速冷喷涂WC涂层与 激光熔覆Ni基陶瓷涂层比对 激光熔覆Ni基陶瓷涂层耐磨 性比超音速冷喷涂WC涂层 有显著提高 激光熔覆Ni基陶瓷涂层与基 材结合致密具有更强的韧性 ，抗剥离性能远远大于超音 速冷喷涂WC涂层 Ni基陶瓷激光熔覆 层的硬度分布图 Ni基陶瓷激光熔覆层 WC超音速喷涂层 500倍 形貌 截面显 微组织 下试样磨损前质 量（g） 磨损后质量 （g） 失重（ mg） 上试样失 重（mg） Ni基陶瓷激光 熔覆层 87.285887.28490.90.3 WC超音速喷 涂层 71.373071.37141.60.7 较小的摩擦系数，可以 降低开合的力矩，延长 阀门的工作寿命 超音速喷涂层为机械结合，对碳化物的把持能力较弱，且 塑形变形大，经过一段时间磨损后，表面可看到明显的网状裂 纹，易导致涂层剥落； 激光熔覆涂层是冶金结合，基体相对陶瓷相的把持能力很 强，具有更优异的耐磨性和良好的韧性。 超音速冷喷涂WC涂层与 激光熔覆Ni基陶瓷涂层比对 超音速喷涂 激光熔覆 激光表面强化技术在泵阀上应用案例分析 油 泵 密 封 部 件 的 激 光 熔 覆 强 化 基体材料：304不锈钢； 熔覆材料：铁基合金； 熔覆层厚度：1.7mm； 表面硬度：HRC5057； 多级泵的密封部件主要包括： 吸入段密封环，中段密封环，首 级叶轮密封环，次级叶轮密封环 ，导叶套，级间轴套，平衡鼓， 平衡套 工艺难点：薄壁熔覆，内环熔覆 平衡鼓平衡套叶轮口环泵体口环次级叶轮口环 球 阀 及 阀 座 密 封 面 激 光 熔 覆 基体材料：304不锈钢； 熔覆层厚度：0.8mm； 熔覆材料：铁基合金； 表面硬度：HRC53-56； 工艺难点：运动的轨迹及速 度控制，表面的平整度 楔 形 闸 阀 阀 板 表 面 激 光 熔 覆 基体材料：WCB； 熔覆层厚度：2.5mm； 熔覆材料：铁基合金；双层 硬度要求HRC50， 工艺难点：大口径闸板的多层熔覆工艺 平 行 双 板 闸 阀 “ 阀 板 ” 密 封 环 激 光 熔 覆 基体材料：316L不锈钢； 熔覆材料：钴基合金； 熔覆层厚度：2.2mm（双层）； 表面硬度HRC4446； 工艺难点：钴基合金的气孔控制和稀 释率控制 熔覆层合金成分 硬度分布 平 行 双 板 闸 阀 “ 阀 体 ” 密 封 环 激 光 熔 覆 基体材料：WCB； 熔覆材料：铁基合金； 熔覆层厚度：1.6mm； 表面硬度：HRC5759 工艺难度：内环熔覆送粉 煤 化 工 扬 程 泵 部 件 的 激 光 熔 覆 和 淬 火 工作温度：180天 介质：含有煤粉的水 左边三图是316基材等 离子堆焊司太立6，使 用三个月后的损坏情 况，表面硬度HRC38 右边上面的三图是采 用42CrMoV激光淬火 处理，表面硬度 HRC52处理 右下角图是316基材激 光熔覆铁基合金，表 面硬度HRC57 油 田 专 用 平 板 闸 阀 激 光 表 面 强 化 基材：ASTM A694-F52（C0.23%）正火 介质：原油，硫含量低 要求：抗磨抗冲刷，工作年限达到30年 工作温度：-29至+140 传统工艺：等离子堆焊司太立6 硬度：HRC40 或者埋弧焊F321T焊材 硬度：HRC45 密封面：激光熔覆Fe基合金 流道：激光合金化NI基合金 350回火处理 工艺难点：体积大，硬度要 求高，多种工艺复合加工 超音速喷涂激光复合强化在平行闸阀中的应用 基材304不锈钢，表面采用超音速 喷激光复合涂司太立6合金，喷涂 层厚度1.3mm，表面平均硬度 HRC42，经装机测试各项性能指 标达到国家标准要求 瑞安市激光应用工程示范中心简介 瑞安市激光应用工程示范中心（RDCL) 瑞安市人民政府依托 华中科技大学，采用 企业化运作的创新载 体，是浙江久恒光电 科技有限公司的全资 子公司 2014年3月成立， 2014年8月8日正式运营 R D C L 的 职 能 已建成的功能： 激光表面强化/再制造 精细加工（打标，焊接，钻孔 ） 激光切割雕刻加工 制样、检测、分析 职能： 激光加工 工艺研究 应用展示 RDCL服务对象 泵阀行业、 汽车零部件行业、 专用机械制造行业 模具制造业 谢谢！ 项延寒 15356775503 Http:/ 3246682430