[发明专利]一种铝铸轧机铸轧辊激光强化方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝加工技术领域，具体说是在铝铸轧机铸轧辊的辊套表面采用激光表面强化处理的方法。

背景技术

铸轧辊是铝铸轧机上重要的核心部件，在铝铸轧生产过程中，它的作用是在一般长60mm的铸轧区内连续地将铝液完成凝固结晶和轧制，形成铸轧板坯。在这个过程中，铸轧辊受到三个方面的作用：其一，巨大的轧制力；其二，巨大的温度梯度，因为铸轧辊表面在铸轧区内时温度约为700℃，离开铸轧区后，温度急剧降到300℃左右，所以受到周期性的温度变化冲击；其三，熔融铝液的侵蚀。这三个作用导致铸轧辊表面极易产生裂纹缺陷，需要周期性加工掉表面缺陷才能继续使用，影响铸轧质量和生产的连续性。

因此提高铸轧辊表面抗裂性能是提高铸轧辊使用寿命的重要途径，这一般采取两个途径来实现。其一是选择高性能的辊套材料，如选择含Cr、Ni、Mo、V、Mn、Si等元素的中低碳合金钢，由于合金元素的加入，在保证材料具有较高导热能力的情况下，提高了强度、硬度、耐磨性及淬透性，并能使其抗热疲劳性得到改善，如国内采用32Cr3Mo1V材料，国外则采用Mo22、Pg-3、32CrNi3Mo1V、PCr3Ni3Mov等材料都具有良好的综合性能；其二是对辊套做表面处理。

方法一虽然可以选择更高热疲劳性能的材料，但必须兼顾辊套的加工和制作方法，有可能因为合金元素的增加引起辊套加工、热处理以及使用过程中再加工的困难，更容易导致使用辊套成本增加和生产铝板工艺经常调整，不易被生产厂家采用。

方法二不改变铸轧辊的生产制作和使用方法，仅通过表面处理即可增加铸轧辊的使用寿命，也不改变辊套的加工工艺及其导热性能，因此容易被接受。目前被广泛采用的表面处理方法有辊面喷涂石墨乳与水的混合润滑剂，或者用未完全燃烧的石油天然气烧烤表面形成炭黑附着层，在与铝液接触时无机炭能够起到隔绝作用，预防熔融铝的侵蚀，延长寿命，并起到固体润滑剂的作用。

中国专利101864567A提出了用化学方法，将甲醇、硝酸溶液在辊面上形成0.05～0.1mm的浅黄色氧化铁覆盖层，以提高硬度，并用石墨乳、酒精、水的混合物作为润滑剂，但没有提到使用效果，并且氧化铁本身结合力不强，在热交变过程中存在脱落的可能性极高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光强化方法，在铸轧辊表面形成富含合金元素的强化层区域，强化层硬度高、耐磨性好，没有裂纹、气孔等缺陷，与辊套基体结合力强，为冶金结合，强化层不会影响辊套的导热性能和基体材料的基本力学性能，也不会改变铸轧辊的使用工艺，而且能够提高抗热疲劳开裂性能。

本发明的技术方案如下：①将金属基体用机械打磨除锈，丙酮擦拭除油；②将虫胶的酒精饱和溶液、酒精和粒度为+1～-50μm的金属粉或合金粉，按照重量比10∶70∶20混合均匀，均匀涂抹或喷涂在金属基体上，自然干燥，使厚度为0.1～0.3mm；③CO₂激光器功率为2000～7000W，激光束宽度为1～10mm，激光熔覆速度为100～5000mm/min，激光强化带呈间隔分布，激光强化带宽度1～10mm，扫描间隔0.5～5mm，扫描深度0.2～0.6mm。

上述金属粉或合金粉为Cr粉、Ni粉、Co粉、Cr合金粉、Ni合金粉或Co合金粉或所述金属粉或合金粉的混合物。

由金相图1可以看出：合金元素经激光强化后，强化层与基体为冶金结合，无气孔、裂纹等缺陷，其组织为细小柱状枝晶组织。

本发明系统地测定了激光强化层的硬度，结果见图2所示，可以看出，激光强化层最高硬度为Hv700左右，比基体的Hv400提高了许多，因此耐磨性、耐用性将有较大的提高。

本发明着重测定了激光强化层抗冷热疲劳开裂的能力和抗铝液侵蚀的能力，与基体材料的比较结果如图3、4、5所示。从图3可见，32Cr3Mo1V基体经过热疲劳后表面出现了大量的裂纹(测定面积比例为28.9％)，而图4中激光强化层裂纹面积仅为12.4％，因此抗裂性能提高了两倍多，不仅如此，图5为激光强化层与基体的界面，可以看出，由于激光强化层的存在，基体中热疲劳裂纹被阻挡，难以继续扩展，形成大的裂纹，因此激光强化层具有明显的抗裂纹生长的能力，其综合抗裂能力比32Cr3Mo1V基体高2倍以上；图6为32Cr3Mo1V基体在铝液中被侵蚀后的截面形貌，可以看出生成了明显的铝铁金属间化合物，而图7中激光强化层没有被侵蚀，说明强化层抵抗熔融铝液腐蚀的能力比基体强的多。

附图说明

图1为实施例1的激光强化层金相图；

图2为实施例1的激光强化层硬度分布；