一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板及加工工艺
阅读说明：本技术 一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板及加工工艺 (Laser cladding pre-hardened cone crusher lining plate and processing technology ) 是由 周立涛 王爱华 王永杰 王海涛 方虎 范天昊 于 2021-09-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板及加工工艺,配方包括：打底层材料和耐磨层材料,工艺包括步骤一,衬板预处理；步骤二,烘干打底层粉末；步骤三,熔覆打底层；步骤四,配置耐磨层混合粉料；步骤五,熔覆耐磨层；本发明通过激光熔覆技术在高锰钢表面熔覆一层耐磨耐冲击的预硬化涂层,使得涂层表面先受到磨损,待表面磨损后,显著提升了高锰钢的基体表面硬度,提高了衬板的表面硬度和耐磨性,延长了衬板的寿命,该涂层设计有打底层和耐磨层,打底层选用硬度较低,韧性较好的材料,有效抑制基材铸造缺陷上浮,而且增加涂层的耐冲击性,耐磨层选用硬度较高,含有硬质相的元素,起到提高耐磨性的作用。(The invention discloses a laser cladding pre-hardened cone crusher lining plate and a processing technology thereof, and the formula comprises: priming a bottom layer material and a wear-resistant layer material, wherein the process comprises the first step of preprocessing a lining plate; step two, drying the bottom layer powder; cladding a bottom coating; step four, preparing mixed powder of the wear-resistant layer; step five, cladding a wear-resistant layer; according to the invention, a wear-resistant and impact-resistant pre-hardened coating is cladded on the surface of the high manganese steel by a laser cladding technology, so that the surface of the coating is worn firstly, after the surface is worn, the surface hardness of a high manganese steel substrate is obviously improved, the surface hardness and the wear resistance of the lining plate are improved, and the service life of the lining plate is prolonged.)
技术领域
本发明涉及圆锥破碎机技术领域，具体为一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板及加工工艺。
背景技术
圆锥破碎机是一中用于破碎矿石的设备，而圆锥破碎机衬板则是其最为主要的部件，衬板由动锥与定锥组成，圆锥破碎机采用层压破碎的原理，物料在破碎腔中呈多层分布的状态，破碎机轴心线在偏心轴套的迫动下做旋摆运动，使得动锥表面时而靠近又时而离开定锥表面，从而使矿石在定锥与动锥形成的破碎腔内不断地受到挤压和弯曲而被破碎，因此石料不仅要承受动锥与定锥之间的挤压力，而且在破碎过程中还要受到物料之间的挤压力，在保证破碎状态的同时，动锥和定锥会受到冲击与摩擦而产生较为严重的磨损，导致产品粒度不均匀、生产效率下降以及能耗增大等问题，现有的圆锥破碎机衬板使用寿命短、衬板更换周期过长，不仅增加了工人劳动强度，而且严重影响正常的生产进度，现有的衬板大多采用高锰钢，高锰钢具有较高的韧性，而且还能够具有高硬度与高耐磨性，是目前圆锥破碎机衬板应用较多的材料，高锰钢在服役过程中，表面通过发生形变诱发表面形成马氏体组织，进而显著提高表面的硬度，但是，新品未受到加工硬化，导致其硬度较低，不具有耐磨性能，因此使用过程中会导致加速磨损，故而在高锰钢表面做预硬化处理十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板及加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板，配方包括：打底层材料和耐磨层材料，打底层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.01-0.05%的C、16-19%的Cr、10-14%的Ni、1-3.5%的Mo、0.2-0.8%的Ti、0.1-0.4%的Nb和0.1-0.3%的Si，余者为Fe。
优选的，所述耐磨层材料有A1、A2和A3三种类型，A1型耐磨层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.6-1.0%的C、13-18%的Cr、2-8%的W、1-4%的Mo、0.2-1.3%的Ti和0.1-0.4%的Nb，余者为Fe；A2型耐磨层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.6-0.8%的C、13-18%的Cr、4-6%的Si、1-5%的Fe、0.2-1.0%的B、0.2-1.3%的Ti、0.1-0.4%的Nb，余者为Ni和WC按照1：0.4-0.6的比例进行混合；A3型耐磨层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.6-0.8%的C、13-18%的Cr、4-6%的Si、1-5%的Fe、0.2-1.0%的B、0.2-1.3%的Ti、0.1-0.4%的Nb，余者为Ni和Co（Ni）WC按照1：0.15-0.4的比例进行混合。
一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板的加工工艺，包括步骤一，衬板预处理；步骤二，烘干打底层粉末；步骤三，熔覆打底层；步骤四，配置耐磨层混合粉料；步骤五，熔覆耐磨层；
其中上述步骤一中，将衬板安装到相应的设备上，将需要熔覆的位置进行打磨处理，去除氧化物与油漆、涂料，使待熔覆位置漏出均匀连续的新鲜金属；
其中上述步骤二中，以质量百分比之和为1计，按照打底层材料配比进行原料称取，经烧结破碎后，得到打底层粉料；
其中上述步骤三中，取步骤二中所制备的打底层粉料，将其投入送粉器中，在步骤一中处理后的待熔覆位置熔覆打底层；
其中上述步骤四中，以质量百分比之和为1计，按照耐磨层材料配比进行原料称取，使用混料机将所称取的原料混合均匀，得到耐磨层混合粉料；
其中上述步骤五中，取步骤四中所配置的耐磨层混合粉料，将其投入送粉器中，在步骤三结束半小时内立即开始熔覆，制备耐磨层，按照指定冷却方式冷却至室温后得到成品工件。
优选的，所述步骤一中，衬板包括定锥和动锥。
优选的，所述步骤三中，熔覆激光光斑选用3-5mm，功率4-6KW，送粉3-8r/min，线速度80-150mm/s。
优选的，所述步骤三中，打底层的熔覆厚度为0.8mm-1mm。
优选的，所述步骤五中，制备A1型耐磨层时，熔覆激光光斑选用3-5mm，功率3-5KW，送粉3-5r/min，线速度15-45mm/s；制备A2型耐磨层时，工件使用氧乙炔或液化气加热到300-500℃，保温半小时，熔覆激光光斑选用3-5mm，功率3-5KW，送粉3-5r/min，线速度10-40mm/s，熔覆完用石棉网包覆，缓慢冷却至室温；制备A3型耐磨层时，工件使用氧乙炔或液化气加热到300-500℃，保温半小时，熔覆激光光斑选用3-5mm，功率3-5KW，送粉3-5r/min，线速度10-40mm/s，熔覆完用石棉网包覆，缓慢冷却至室温。
优选的，所述步骤五中，耐磨层的熔覆厚度为1.5mm-3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过激光熔覆技术在高锰钢表面熔覆一层耐磨耐冲击的预硬化涂层，使得涂层表面先受到磨损，待表面磨损后，显著提升了高锰钢的基体表面硬度，提高了衬板的表面硬度和耐磨性，延长了衬板的寿命，该涂层设计有打底层和耐磨层，打底层选用硬度较低，韧性较好的材料，有效抑制基材铸造缺陷上浮，而且增加涂层的耐冲击性，耐磨层选用硬度较高，含有硬质相的元素，起到提高耐磨性的作用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的工件加工示意图；
图3为A1粉末的组织形态图；
图4为A2粉末的组织形态图；
图5为A3粉末的组织形态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供的一种技术方案：
实施例1：
一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板，配方包括：打底层材料和A1型耐磨层材料，打底层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.05%的C、19%的Cr、14%的Ni、3.5%的Mo、0.8%的Ti、0.4%的Nb、0.3%的Si和61.95%的Fe；A1型耐磨层材料各组分的质量百分比含量分别是：1.0%的C、18%的Cr、8%的W、4%的Mo、1.3%的Ti、0.4%的Nb和67.3%的Fe。
一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板的加工工艺，包括步骤一，衬板预处理；步骤二，烘干打底层粉末；步骤三，熔覆打底层；步骤四，配置耐磨层混合粉料；步骤五，熔覆耐磨层；
其中上述步骤一中，以全新的FL4428818型号的圆锥破碎机衬板为对象，将定锥和动锥安装到相应的设备上，将需要熔覆的位置进行打磨处理，去除氧化物与油漆、涂料，使待熔覆位置漏出均匀连续的新鲜金属；
其中上述步骤二中，以质量百分比之和为1计，按照打底层材料配比进行原料称取，经烧结破碎后，得到打底层粉料；
其中上述步骤三中，取步骤二中所制备的打底层粉料，将其投入送粉器中，在步骤一中处理后的待熔覆位置熔覆打底层，熔覆激光光斑选用4mm，功率5KW，送粉6r/min，线速度150mm/s，打底层的熔覆厚度为1mm；
其中上述步骤四中，以质量百分比之和为1计，按照A1型耐磨层材料配比进行原料称取，使用混料机将所称取的原料混合均匀，得到A1型耐磨层混合粉料；
其中上述步骤五中，取步骤四中所配置的A1型耐磨层混合粉料，将其投入送粉器中，在步骤三结束半小时内立即开始熔覆，制备A1型耐磨层，按照指定冷却方式冷却至室温后得到成品工件，熔覆激光光斑选用4mm，功率4KW，送粉4r/min，线速度30mm/s，耐磨层的熔覆厚度为2mm，（A1粉末的组织形态见图3，图中，右侧为打底层，左侧为耐磨层，其中异形分布的为WC）。
实施例2：
一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板，配方包括：打底层材料和A2型耐磨层材料，打底层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.05%的C、19%的Cr、14%的Ni、3.5%的Mo、0.8%的Ti、0.4%的Nb、0.3%的Si和61.95%的Fe；A2型耐磨层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.8%的C、18%的Cr、6%的Si、5%的Fe、1.0%的B、1.3%的Ti、0.4%的Nb、27.5%的WC和40%的Ni。
一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板的加工工艺，包括步骤一，衬板预处理；步骤二，烘干打底层粉末；步骤三，熔覆打底层；步骤四，配置耐磨层混合粉料；步骤五，熔覆耐磨层；
其中上述步骤一中，以全新的FL4428818型号的圆锥破碎机衬板为对象，将定锥和动锥安装到相应的设备上，将需要熔覆的位置进行打磨处理，去除氧化物与油漆、涂料，使待熔覆位置漏出均匀连续的新鲜金属；
其中上述步骤二中，以质量百分比之和为1计，按照打底层材料配比进行原料称取，经烧结破碎后，得到打底层粉料；
其中上述步骤三中，取步骤二中所制备的打底层粉料，将其投入送粉器中，在步骤一中处理后的待熔覆位置熔覆打底层，熔覆激光光斑选用4mm，功率5KW，送粉6r/min，线速度150mm/s，打底层的熔覆厚度为1mm；
其中上述步骤四中，以质量百分比之和为1计，按照A2型耐磨层材料配比进行原料称取，使用混料机将所称取的原料混合均匀，得到A2型耐磨层混合粉料；
其中上述步骤五中，取步骤四中所配置的A2型耐磨层混合粉料，将其投入送粉器中，在步骤三结束半小时内立即开始熔覆，制备A2型耐磨层，按照指定冷却方式冷却至室温后得到成品工件，工件使用氧乙炔或液化气加热到300-500℃，保温半小时，熔覆激光光斑选用4mm，功率4KW，送粉4r/min，线速度30mm/s，熔覆完用石棉网包覆，缓慢冷却至室温，耐磨层的熔覆厚度为2mm，（A2粉末的组织形态见图4，图中，左侧为打底层，右侧为耐磨层，其中圆形分布的为WC）。
实施例3：
一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板，配方包括：打底层材料和A3型耐磨层材料，打底层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.05%的C、19%的Cr、14%的Ni、3.5%的Mo、0.8%的Ti、0.4%的Nb、0.3%的Si和61.95%的Fe；A3型耐磨层材料各组分的质量百分比含量分别是：0.8%的C、18%的Cr、6%的Si、5%的Fe、1.0%的B、1.3%的Ti、0.4%的Nb、11.5%的Co(Ni)WC和56%的Ni。
一种激光熔覆预硬化的圆锥破碎机衬板的加工工艺，包括步骤一，衬板预处理；步骤二，烘干打底层粉末；步骤三，熔覆打底层；步骤四，配置耐磨层混合粉料；步骤五，熔覆耐磨层；
其中上述步骤一中，以全新的FL4428818型号的圆锥破碎机衬板为对象，将定锥和动锥安装到相应的设备上，将需要熔覆的位置进行打磨处理，去除氧化物与油漆、涂料，使待熔覆位置漏出均匀连续的新鲜金属；
其中上述步骤二中，以质量百分比之和为1计，按照打底层材料配比进行原料称取，经烧结破碎后，得到打底层粉料；
其中上述步骤三中，取步骤二中所制备的打底层粉料，将其投入送粉器中，在步骤一中处理后的待熔覆位置熔覆打底层，熔覆激光光斑选用4mm，功率5KW，送粉6r/min，线速度150mm/s，打底层的熔覆厚度为1mm；
其中上述步骤四中，以质量百分比之和为1计，按照A3型耐磨层材料配比进行原料称取，使用混料机将所称取的原料混合均匀，得到A3型耐磨层混合粉料；
其中上述步骤五中，取步骤四中所配置的A3型耐磨层混合粉料，将其投入送粉器中，在步骤三结束半小时内立即开始熔覆，制备A3型耐磨层，按照指定冷却方式冷却至室温后得到成品工件，工件使用氧乙炔或液化气加热到300-500℃，保温半小时，熔覆激光光斑选用4mm，功率4KW，送粉4r/min，线速度30mm/s，熔覆完用石棉网包覆，缓慢冷却至室温，耐磨层的熔覆厚度为2mm，（A3粉末的组织形态见图5，图中，左侧为打底层，右侧为耐磨层，其中圆形分布的为WC）。
各实施例的耐磨层材料成分对比如下表：
实施例1
实施例2
实施例3
C/%
1
0.8
0.8
Cr/%
18
18
18
W/%
8
0
0
Mo/%
4
0
0
Ti/%
1.3
1.3
1.3
Nb/%
0.4
0.4
0.4
Fe/%
67.3
5
5
Si/%
0
6
6
B/%
0
1
1
WC/%
0
27.5
0
Ni/%
0
40
56
Co(Ni)WC/%
0
0
11.5
各实施例的各阶段工件参数对比如下表：
实施例1
实施例2
实施例3
锥外表面与动锥内表面的熔覆总面积/㎡
2
2
2
熔覆完打底层后工件硬度/HRC
20-25
20-25
20-25
熔覆完耐磨层后工件硬度/HRC
65-68
60-62
56-62
成品工件使用寿命提高的倍数/倍
2
1.5
1
基于上述，本发明采用激光熔覆技术对衬板表面进行预硬化处理，使其表面生成具有冶金结合、组织致密的涂层，提高圆锥破碎机衬板的初始硬度，随着使用过程的进行，涂层逐渐被石料磨损，基材高锰钢经过充分加工硬化，表面形成均匀的马氏体不锈钢，表面硬度大幅度提升，其耐磨性也大幅提升；本发明打破了高锰钢无法或较难进行激光熔覆的限制，将激光熔覆技术应用于圆锥破碎机衬板上，提高了圆锥破碎机衬板的寿命，并且降低了加工难度和加工耗是；在本发明中，所制备的A1粉末具备以下的优点：在部分碳熔化凝固后，固溶到马氏体内，形成中碳马氏体，具有一定的硬度和良好的韧性，且马氏体内含有一定量的W、Mo等元素，能起到固溶强化的作用，C与添加的碳化物形成元素W、Mo、Ti、Nb交互作用，原位析出细小弥散的碳化物，提高熔覆层的硬度和耐磨性；所制备的A2与A3粉末具备以下的优点：WC与Co(Ni)WC呈均匀的球形状态，尺寸相近，因此在涂层中分布密度较高，可以显著提升涂层耐磨性；
与《CN108201917A-陶瓷复合圆锥破碎机衬板及其制备方法》相比，本发明所采用的激光熔覆技术增加耐磨涂层其工艺难度低，而且工艺稳定度高，涂层韧性好，抗冲击性好，此外激光熔覆的粉末可以根据需求进行调整，可以根据不同的工况来调整涂层的性能；与《CN109648062A-一种带有铸渗层的圆锥破碎机衬板及其制备方法、铸渗涂料及其制备方法-公开》相比，其为使用化学的方法，在铸造过程中进行了加工，本发明是用激光的方式，在铸造完成后进行加工，工艺难度低；与《CN210965261U-一种复合结构的圆锥破碎机衬板-公开》相比，其为在衬板镶嵌合金，通过突出的合金来抵抗第一波磨损，本发明是采用耐磨涂层抵抗磨损，工艺难度低，而且涂层稳定性好。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。