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1、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
2、 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
3、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
4、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
5、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 （
6、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
7、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.
8、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
9、：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
10、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
