Lāzera apšuvuma Ni bāzes pārklājuma uz zobratu tērauda virsmas procesa parametru optimizācija

Zobratu piedziņa tiek plaši izmantota mehāniskajā jomā, jo tai ir augsta transmisijas efektivitāte, liela nestspēja, liels jaudas diapazons, ilgs kalpošanas laiks un daudzas citas priekšrocības. Palielinoties ekspluatācijas slodzei un zobratu gaitas ātrumam, pārnesumu sistēma ir pakļauta zobu plīsumiem, zobu iedobumiem, zobu nodilumam, zobu plastiskai deformācijai un zobu salīmēšanai zobratu savienojuma transmisijas procesā, kas nopietni ietekmē tās kalpošanas laiku. Lai efektīvi pagarinātu zobratu transmisijas sistēmas kalpošanas laiku, ir nepieciešams pārveidot un nostiprināt zoba virsmu, lai uzlabotu zobrata nestspēju un pretnoguruma veiktspēju. Salīdzinot ar citām virsmu modifikācijas tehnoloģijām, lāzera apšuvuma tehnoloģija ar savu īso apstrādes ciklu, augstu apstrādes efektivitāti un zemām izmaksām tehniskajām priekšrocībām var sagatavot augstas kvalitātes pārklājumus, tādējādi uzlabojot detaļu virsmas īpašības. Pateicoties augstas temperatūras gradientam un ļoti ātram dzesēšanas ātrumam lāzera apšuvuma procesā, pārklājumam ir tendence uz tādiem defektiem kā poras un mikroplaisas, kas ietekmē pārklājuma mehāniskās īpašības, kas ierobežo lāzera apšuvuma daļu pielietojumu. līdz zināmai robežai. Tāpēc pārklājuma kvalitātes uzlabošanai, optimizējot procesa parametrus, ir liela nozīme, lai veicinātu lāzerapšuvuma tehnoloģijas pielietojumu pārklājuma sagatavošanas jomā.

Parasti izmantotie lāzera apšuvuma pulveri galvenokārt ir Fe, Ni un Co sakausējumi. Starp dažādiem apšuvuma pulveriem, Ni bāzes sakausējuma pulveri ir plaši pētīti lāzera apšuvuma materiālos, jo tiem ir laba nodilumizturība, izturība pret koroziju, mitrināmība un mērena cena.

Šajā rakstā Ni bāzes pārklājums uz 18CrNiMo7-6 zobratu tērauda virsmas tika sagatavots, izmantojot lāzera apšuvuma tehnoloģiju. Lai pētītu dažādu procesa parametru ietekmi uz pārklājuma mikrostruktūru, tika izmantota viena mainīgā metode, un optimālie procesa parametri tika noteikti, par vērtēšanas indeksiem ņemot pārklājuma makroskopisko morfoloģiju, mikrostruktūru un cietību. Pētījuma rezultāti var paplašināt uz Ni balstītu pulverveida zobu remonta detaļu pielietojuma klāstu un sniegt tehniskos norādījumus lāzera apšuvuma tehnoloģijas pielietošanai un optimizēšanai zobratu materiālos nākotnē.

1. Pārbaudes materiāli un aprīkojums

Pārbaudē izmantotais pamatmateriāls ir 18CrNiMo7-6 zobratu tērauds. 18CrNiMo7-6 ir Eiropas standarta EN10084 karburētais leģētais konstrukciju tērauds, kas atbilst vietējam 17Cr2Ni2Mo. Pēc karburizācijas, rūdīšanas, zemas temperatūras rūdīšanas un apdares tēraudam ir lieliskas izturības, nodilumizturības un triecienizturības īpašības, un to plaši izmanto vēja enerģijā, ostas, mīnu reduktora pārnesumos un ātrgaitas lokomotīvju pārnesumos. 18CrNiMo7-6 tērauda ķīmiskais sastāvs ir parādīts 1. tabulā.

1. tabula 18CrNiMo7-6 zobratu tērauda ķīmiskais sastāvs (masas daļa ,%)

Pārbaudē kā apšuvuma pulveris tika izmantots NiCr20 paškausējošs sakausējuma pulveris, un tā ķīmiskais sastāvs ir parādīts 2. tabulā. NiCr20 pulverim ir laba pašizkausēšana, mitrināmība, nodilumizturība, izturība pret koroziju un oksidācijas izturība, un tas ir piemērots plašam pārklājumam. lāzera apšuvuma procesa parametru diapazons. Par apšuvuma palīgmateriālu testā tika izvēlēts keramikas pulveris ZrO2. ZrO2 keramikas pulvera priekšrocības ir laba termiskā stabilitāte, augstas temperatūras nodilumizturība un izturība pret koroziju utt. Lāzera apšuvumā ir viegli veikt fāzes pārejas rūdīšanu, lai novērstu lāzera apšuvuma radītās termiskās sprieguma plaisas un uzlabotu pārklājuma blīvumu. Tāpēc to var izmantot augstas temperatūras nodilumizturīga pārklājuma sagatavošanai. Testā izmantotie NiCr20 un ZrO2 pulveri ir parādīti 1. attēlā. NiCr20 sakausējuma pulvera un ZrO2 keramikas pulvera morfoloģija ir sfēriskas daļiņas, kuru daļiņu izmērs ir attiecīgi aptuveni 100 μm un 50 μm. NiCr20 pulveris un ZrO2 keramikas pulveris tika sajaukti atbilstoši masas attiecībai 48 ∶ 1 un žāvēti, lai tos izmantotu kā lāzera apšuvuma pulveri.

2. tabula NiCr20 pulvera ķīmiskais sastāvs (masas daļa, %)

1. att. NiCr20(a) un ZrO2(b) pulveru morfoloģijas

Lāzera apšuvuma tests tika veikts MLO{{0}} lāzerapšuvuma iekārtām. Lāzera apšuvuma iekārta sastāv no lāzera apšuvuma uzgaļa, lāzera, sešu asu mehāniskās sviras, pulvera padeves sistēmas, ūdens dzesēšanas sistēmas un vadības sistēmas. Lāzera apšuvuma iekārtā kā lāzera emisijas avots tiek izmantots šķiedru lāzers, un pieejamais jaudas diapazons ir 400–4000 W. Lāzera apšuvuma procesā pulveris tiek nosūtīts uz pulvera izeju caur pulvera padeves pulvera rotāciju, ātruma diapazons pulvera paplātes ātrums ir 0–4 apgr./min, un daļiņu izmēra diapazons ir 50–150 μm. Ūdens dzesēšanas sistēma nodrošina dzesēšanas ūdeni lāzeram un lāzera apšuvuma galvai, lai nodrošinātu nemainīgu temperatūru testa darbības laikā. Izkausētais baseins tika aizsargāts ar augstas tīrības pakāpes argonu, lai izvairītos no oksidēšanās visa testa laikā.

Lāzera apšuvuma tests tika veikts ar bloku plākšņu zobratu tēraudu. Lāzera skenēšanas virziens bija gar plāksnes garo malu, un pārklājuma garums aptuveni 20 mm tika sakausēts plāksnes centrā. Tika izmantots viena faktora tests. Testa parametri bija lāzera jauda 500 ~ 900 W, skenēšanas ātrums 2 ~ 8 mm/s, pulvera padeves ātrums 8,8 ~ 13,2 g/min, argona plūsmas ātrums 4 L/min, plankuma diametrs φ4 mm, defokusēšanas jauda 250 mm. Konkrētie procesa parametri ir parādīti 3. tabulā, un katra testu grupa tiek atkārtota divas reizes.

3. tabula Viena kanāla lāzera apšuvuma pārbaudes parametri

Pēc lāzera apšuvuma testa tika veikta pārklājuma metalogrāfiskā analīze, un pārklājums ar stiepļu griešanas mašīnu tika sagriezts kubā ar izmēru 5 mm × 5 mm × 5 mm, un pārklājuma daļa tika pulēta un pulēta pakāpeniski. solis. Pēc tam, lai korozētu, tiek izmantots ūdens regija (HCl un HNO3 tilpuma attiecība ir 3 ∶ 1), un korozijas laiks ir aptuveni 2 min. Pēc metalogrāfiskās apstrādes tika izmantots optiskais mikroskops un skenēšanas spogulis, lai novērotu profila parauga mikrostruktūru pēc metalogrāfiskās korozijas. Pārklājuma profila cietības mērīšanai ar dziļumu pēc lāzera apšuvuma testa tika izmantots Vickers mikrocietības testeris. Pārklājuma profila cietības pārbaude sākas no 50 μm attālumā no virsmas slāņa un ik pēc 100 μm veic pārbaudes punktu dziļuma virzienā, līdz tiek mērīta vienmērīga pamatnes cietība. Testa slodzes svars ir iestatīts uz 500 g, un turēšanas laiks ir 10 s. Lai uzlabotu datu precizitāti, katra zobratu tērauda profila vienāda dziļuma zonā 3 reizes mēra cietību un ņem vidējo.

1. Palielinoties lāzera jaudai, palielinās NiCr20-ZrO2 pārklājuma kušanas augstums, kušanas platums un kušanas dziļums. Palielinoties skenēšanas ātrumam, samazinās pārklājuma kušanas augstums, platums un dziļums. Palielinoties pulvera padeves ātrumam, pārklājuma kušanas augstums palielinās, kušanas platums vispirms palielinās un pēc tam samazinās, un kušanas dziļums samazinās.

2. Palielinoties lāzera jaudai, samazinās pārklājuma mikrostruktūras blīvums, rupjība un mikrocietība. Palielinoties skenēšanas ātrumam, samazinās pārklājuma mikrostruktūras blīvums, samazinās mikrostruktūras rupjums un mikrocietība. Palielinoties pulvera padeves ātrumam, palielinās pārklājuma mikrostruktūras blīvums, mikrostruktūras izsmalcinātība un mikrocietība.

3. Par novērtējuma indeksiem ņemot pārklājuma makroskopisko morfoloģiju, mikrostruktūru un mikrocietību, tika iegūti optimālie procesa parametri: lāzera jauda 700 W, skenēšanas ātrums 2 mm/s, pulvera padeves ātrums 11,1 g/min.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. ir augsto tehnoloģiju uzņēmums, kas specializējas pētniecībā un attīstībā, automātisko lāzera apšuvuma iekārtu, ātrgaitas lāzerapšuvuma iekārtu, lāzera slāpēšanas iekārtu, lāzermetināšanas iekārtu un lāzera 3D drukas iekārtu ražošanā un pārdošanā. Mūsu produkti ir rentabli un tiek pārdoti gan iekšzemē, gan ārzemēs. Ja jūs interesē mūsu produkti, lūdzu, sazinieties ar mums pa bob@gshenglaser.com.