设备修复技术的新突破

各类机械设备因磨损、腐蚀而造成的经济损失是惊人的。如何修复磨损腐蚀的设备，我们经过30多年的探索，研制发明了“FGM”新材料，解决了修复工程中的许多难题，在修复大中型设备方面取得了非常明显的效果，为厂矿企业创造了较高的经济效益，为开源节流闯出了一条新路。

本文介绍我们发明的“FGM”新材料及其创新的弥散强化复合工艺。

一、“FQM”新材料的研发

“FGM”即弥散强化复合金属梯度功能材料的简称，这种新材料是一种特种合金粉末系列。这种粉末系列具有易熔性，易与基材熔合，同时兼有耐磨、耐冲击、耐热、抗腐蚀等综合物理性能。粉末在基材表面被熔合后所形成的合金，其金相组织以珠光体、马氏体、奥氏体及双向耐磨合金为主。熔敷粉末由固态向液态再转化为固态时，基材金属表面氧化物脱氧，并生成低熔点的硼硅酸盐类熔渣浮出，形成保护膜，使熔化的合金与被处理的固态基材金属达到冶金结合。在这一过程中，基材表面金属向熔融金属渗透并相互扩散，最后形成冶金渗透的合金层。在施工过程中，根据不同的基材材质及结合层、过渡层、工作层、加工层等不同的层面要求，选择相匹配的粉末进行熔敷。反复进行以上的熔敷过程，即可得到组织致密，具有优良硬度、强度和韧性的结合层，使修复面达到耐磨耐蚀的特殊强化目的。

二、弥散强化复合工艺的研究与创新

经净化处理后的工件，利用激光聚焦的能量或电子束的高温原理，在瞬间将“FGM”合金粉末完全熔化，获得与基体冶金结合的覆盖层，达到恢复尺寸和强化的作用。其特点是组织细化，均匀致密，稀释率低，热影响区小，热变形小。这是传统的工艺方法。

“FGM”材料强化层经激光或电子束高温熔敷后，可达到改性的目的，使修复件的性能优于新件。但激光及电子束的设备费用昂贵，技术较复杂，修复的成本高，不易推广。

经反复试验研究，我们将普通电弧焊机通过频率转换，扩大功率等特殊改造措施，用电弧焊进行重焙，即边敷、边焊、边熔的工艺方法，完全达到了以上用激光或电子束熔敷的目的。这一熔敷工艺方法的成功实施，简化了修复所需的设备，简化了修复工艺，大大降低了修复成本，对应用“FGM”新材料的修复工程起到了很好的推动作用，受到了广大厂矿的欢迎。

三、创新的弥散强化复合工艺

1、粗化净化处理：

将待修复件进行全面检测、探伤、分析、归纳后，制订修复工艺方案，特殊情况如断裂、缺损等，应先进行必要的焊补和修整，然后再进行净化处理。

1)除去油污、锈斑、疲劳层及不规则的毛刺、边角等。

2)对于裂纹等缺陷应用电弧气刨或角向抛光，彻底消除，使金属露出光洁面为止。

3)利用碳素墨汁或普通墨汁与胶体石墨和一定粘接剂的溶液，涂刷或喷敷在待修复的面上，当用激光照射时，产生炭燃烧的烟雾和刺眼的光亮，证明待修复表面的吸收率可达到98％以上。

4)用氢氧化钠、碳酸钠、硝酸钠各30g，再加合成洗涤剂0．75g，消除零件上金属碎屑及残余杂物。

5)对于磨合的较光滑的表面，应适当进行粗化处理，可用磨光机打磨或电火花拉毛，以使粉末金属易于涂敷。

2、预热：

1)必要时应对工件进行预热，预热在粗化处理后进行，较小的工件或小面积的预热，用感应线圈预热较好。

2)对于需要经常进行修复的定型工件，可制作永久性感应线圈或相应的预热工具。

3)对于零星工件可用软电线直接在工件上缠绕制作临时线圈，但要进行可靠热电绝缘。

4)为了准确确定感应加热的输入功率及加热时间，要对工件大小、材料导热性能进行试验，修正计算值，并对线圈布控调整。

5)对大型工件的预热，应根据具体情况利用煤气或加热炉进行预热。

6)预热的温度根据修复件的材质而定。

3、合金粉末的配制：

按结合层、过渡层、工作层、加工层成梯度采用浸熔法配制合金粉末，依次逐层进行熔敷，使合金(占56．3％)能综合掺入到基材金属(占43．7％)。

1)结合层：以珠光体为主，主要元素由B、C、Mn、r等组成，对于不同的工件材料要选配不同的合金，以改变原材质的金相结构，增强其结合部的韧性，达到恢复尺寸和逐步过渡强化的目的。

2)过渡层：以马氏体为主，在马氏体、贝氏体之间变化，主要元素由W、Mn、V、V、Ni、Cr组成，目的是解决各成分之间的良好融合，进一步达到金属与金属之间起到一种耐磨和减磨的作用。

3)工作层；以奥氏体组织双向耐磨合金为主，主要元素由C0、Cr、Ti、Mn、W、r、M。组成，保证强化金属有高的耐高应力磨粒磨损性能，良好的耐蚀、耐热、耐疲劳性能。

4)加工层：主要元素由C、Mn、Si、Ni、Cr等组成，目的是降低硬度及强度，便于机械加工，为加工留出余量，保证机加工的精度和光洁度。

4、熔敷：

1)熔敷的设备：经改造的普通ZX硅整流电弧焊机。所用焊条根据修复部件的材质进行选择，一般用T422、T406或T507即可。用较大的焊接规范，选用适当的焊接线能量进行熔敷。

2)按结合层、过渡层　工作层　加工层的顺序依次进行熔敷。按层次先在修复面上涂敷一层相应的粉末，涂敷的粉末厚度约0.5～1mm，长不过一根焊条可焊的长度，然后在涂敷的粉末上施焊并边焊边熔。

3)各层按工艺规定执行施用不同性能的粉末，千万不能混用。

4)要求熔敷尺寸较大时，可按层次逐层反复熔敷，直至达到要求的修复尺寸为止。

5)该工艺逐层熔敷的厚度可超过80mm，这是用传统工艺方法如火焰、等离子、超声波、爆炸、激光喷涂、喷焊等无法达到的。

四、应用实例

近年来，应用我们研制的“FGM”新材料，应用我们创新的弥散强化复合工艺，对全国数千家厂矿企业因磨损或腐蚀而损坏的设备，进行了修复工作，仅修复的大中型设备部件达数万件，绝大多数经修复的设备部件，都能达到原设计的使用寿命，不少还超过了原设计水平，给各厂矿创造了很高的经济效益，引起了各厂矿企业对修复工程的极大兴趣与重视。例如；

武钢轧板厂人字型齿轮轴，上轴重15．4T，下轴重18．8T，齿面磨损深度达4～5mm，多为点蚀状态。经修复后运行4年多仍完整无损。仅此一项即可节约资金300多万元，武钢初轧厂立辊轧机主动传动回转大型伞齿轮，重量325T，其磨损深度达4～5mm，且断齿9个。采用该技术修复后，上机使用两个周期，其磨损量仅为1．5mm，效果极佳，深受用户的好评。节约150余万元。

还有鄂城水泥厂、大冶有色金属公司铜绿山铜铁矿大齿轮、安钢集团信阳钢铁有限责任公司等的一些设备部件修复后，都取得了良好的使用效果。