Pengoptimuman Parameter Proses Pelapisan Laser Salutan berasaskan Ni Pada Permukaan Keluli Gear

Pemacu gear digunakan secara meluas dalam bidang mekanikal kerana kecekapan penghantaran yang tinggi, kapasiti galas yang tinggi, julat kuasa yang besar, hayat perkhidmatan yang panjang dan banyak kelebihan lain. Dengan peningkatan beban servis dan kelajuan larian gear, sistem gear terdedah kepada patah gigi, pitting gigi, haus gigi, ubah bentuk plastik gigi dan gam gigi dalam proses transmisi meshing gear, yang memberi kesan serius kepada hayat perkhidmatannya. Untuk memanjangkan hayat perkhidmatan sistem transmisi gear dengan berkesan, adalah perlu untuk mengubah suai dan menguatkan permukaan gigi untuk meningkatkan kapasiti galas dan prestasi anti-keletihan roda gear. Berbanding dengan teknologi pengubahsuaian permukaan lain, teknologi pelapisan laser dengan kitaran pemprosesan yang singkat, kecekapan pemprosesan yang tinggi dan kelebihan teknikal kos rendah, boleh menyediakan salutan berkualiti tinggi, dengan itu meningkatkan sifat permukaan bahagian. Oleh kerana kecerunan suhu tinggi dan kadar penyejukan yang sangat cepat dalam proses pelapisan laser, salutan terdedah kepada kecacatan seperti liang dan retakan mikro, yang menjejaskan sifat mekanikal salutan, yang mengehadkan penggunaan bahagian pelapisan laser. pada tahap tertentu. Oleh itu, meningkatkan kualiti salutan dengan mengoptimumkan parameter proses adalah sangat penting untuk mempromosikan aplikasi teknologi pelapisan laser dalam bidang penyediaan salutan.

Serbuk pelapis laser yang biasa digunakan adalah terutamanya aloi berasaskan Fe -, Ni - dan Co. Antara serbuk salutan yang berbeza, serbuk aloi berasaskan Ni telah dikaji secara meluas dalam bahan salutan laser kerana rintangan haus yang baik, rintangan kakisan, kebolehbasahan dan harga yang sederhana.

Dalam kertas ini, salutan berasaskan Ni pada permukaan keluli gear 18CrNiMo7-6 telah disediakan oleh teknologi pelapisan laser. Kaedah pembolehubah tunggal digunakan untuk mengkaji kesan parameter proses yang berbeza ke atas struktur mikro salutan, dan parameter proses optimum ditentukan dengan mengambil morfologi makroskopik, struktur mikro dan kekerasan salutan sebagai indeks penilaian. Hasil penyelidikan boleh mengembangkan julat aplikasi bahagian gigi pembaikan serbuk berasaskan Ni, dan memberikan panduan teknikal untuk aplikasi dan pengoptimuman teknologi pelapisan laser dalam bahan gear pada masa hadapan.

1. Bahan dan peralatan ujian

Bahan asas yang digunakan dalam ujian ialah keluli gear 18CrNiMo7-6. 18CrNiMo7-6 ialah keluli struktur aloi berkarburkan standard Eropah EN10084, sepadan dengan gred domestik 17Cr2Ni2Mo. Selepas pengkarbonan, pelindapkejutan, pembajaan dan penamat suhu rendah, keluli mempunyai kekuatan yang sangat baik, rintangan haus dan sifat hentaman, dan digunakan secara meluas dalam kuasa angin, pelabuhan, gear pengurang lombong dan gear lokomotif berkelajuan tinggi. Komposisi kimia keluli 18CrNiMo{11}} ditunjukkan dalam Jadual 1.

Jadual 1 Komposisi kimia keluli gear 18CrNiMo7-6 (pecahan jisim ,%)

Serbuk aloi boleh lebur sendiri NiCr20 digunakan sebagai serbuk salutan dalam ujian, dan komposisi kimianya ditunjukkan dalam Jadual 2. Serbuk NiCr20 mempunyai peleburan sendiri, kebolehbasahan, rintangan haus, rintangan kakisan dan rintangan pengoksidaan yang baik, dan sesuai untuk yang luas. julat parameter proses pelapisan laser. Serbuk seramik ZrO2 telah dipilih sebagai bahan pelapik tambahan dalam ujian. Serbuk seramik ZrO2 mempunyai kelebihan kestabilan terma yang baik, rintangan haus suhu tinggi dan rintangan kakisan, dan lain-lain. Mudah untuk menjalani pengerasan peralihan fasa dalam pelapisan laser untuk menghapuskan retak tekanan terma yang disebabkan oleh pelapisan laser dan meningkatkan ketumpatan salutan. Oleh itu, ia boleh digunakan untuk menyediakan salutan tahan haus suhu tinggi. Serbuk NiCr20 dan ZrO2 yang digunakan dalam ujian ditunjukkan dalam Rajah 1. Morfologi serbuk aloi NiCr20 dan serbuk seramik ZrO2 ialah zarah sfera dengan saiz zarah masing-masing kira-kira 100μm dan 50μm. Serbuk NiCr20 dan serbuk seramik ZrO2 dicampur mengikut nisbah jisim 48 ∶ 1 dan dikeringkan untuk digunakan sebagai serbuk pelapisan laser.

Jadual 2 Komposisi kimia serbuk NiCr20 (pecahan jisim ,%)

Rajah．1 Morfologi serbuk NiCr20(a) dan ZrO2 (b)

Ujian pelapisan laser telah dijalankan pada peralatan pelapisan laser MLO{{0}}. Peralatan pelapisan laser terdiri daripada muncung pelapisan laser, laser, lengan mekanikal enam paksi, sistem penyusuan serbuk, sistem penyejukan air dan sistem kawalan. Peralatan pelapisan laser menggunakan laser gentian sebagai sumber pancaran laser, dan julat kuasa yang ada ialah 400 ~ 4000 W. Dalam proses pelapisan laser, serbuk dihantar ke saluran keluar serbuk melalui putaran serbuk pengumpan serbuk, julat kelajuan dulang serbuk ialah 0 ~ 4 r/min, dan julat saiz zarah ialah 50 ~ 150 μm. Sistem penyejukan air menyediakan air penyejuk untuk laser dan kepala pelapisan laser untuk memastikan persekitaran suhu malar semasa operasi ujian. Kolam cair telah dilindungi oleh argon ketulenan tinggi untuk mengelakkan pengoksidaan semasa keseluruhan ujian.

Ujian pelapisan laser telah dijalankan pada keluli gear plat blok. Arah pengimbasan laser berada di sepanjang sisi panjang plat, dan panjang salutan kira-kira 20 mm dicantumkan di tengah plat. Ujian faktor tunggal telah digunakan. Parameter ujian ialah kuasa laser 500 ~ 900 W, kelajuan pengimbasan 2 ~ 8 mm/s, kadar suapan serbuk 8.8 ~ 13.2 g/min, kadar aliran argon 4 L/min, diameter titik φ4 mm, kapasiti nyahfokus 250 mm. Parameter proses khusus ditunjukkan dalam Jadual 3, dan setiap kumpulan ujian diulang dua kali.

Jadual 3 Ujian parameter pelapisan laser saluran tunggal

Selepas ujian pelapisan laser, analisis metalografi salutan dijalankan, dan salutan dipotong menjadi kiub 5 mm × 5 mm × 5 mm oleh mesin pemotong wayar, dan bahagian salutan itu digilap dan digilap langkah demi langkah. langkah. Kemudian, aqua regia (nisbah isipadu HCl kepada HNO3 ialah 3 ∶ 1) digunakan untuk mengakisnya, dan masa kakisan adalah kira-kira 2 minit. Selepas rawatan metalografik, mikroskop optik dan cermin imbasan digunakan untuk memerhati struktur mikro sampel profil selepas kakisan metalografik. Penguji microhardness Vickers digunakan untuk mengukur kekerasan profil salutan dengan kedalaman selepas ujian pelapisan laser. Ujian kekerasan profil salutan bermula dari 50μm dari lapisan permukaan dan mengambil titik ujian setiap 100μm sepanjang arah kedalaman sehingga kekerasan seragam substrat diukur. Berat beban ujian ditetapkan pada 500g dan masa penahanan ialah 10 s. Untuk meningkatkan ketepatan data, kekerasan diukur 3 kali dalam kawasan kedalaman yang sama bagi setiap profil keluli gear, dan purata diambil.

1. Dengan peningkatan kuasa laser, ketinggian lebur, lebar lebur dan kedalaman lebur salutan NiCr20-ZrO2 meningkat. Dengan peningkatan kelajuan pengimbasan, ketinggian lebur, lebar dan kedalaman salutan berkurangan. Dengan peningkatan kadar penyusuan serbuk, ketinggian lebur salutan meningkat, lebar lebur mula-mula meningkat dan kemudian berkurangan, dan kedalaman lebur berkurangan.

2. Dengan peningkatan kuasa laser, ketumpatan, kekasaran dan kekerasan mikro struktur mikro salutan berkurangan. Dengan peningkatan kelajuan pengimbasan, ketumpatan struktur mikro salutan berkurangan, kekasaran struktur mikro dan kekerasan mikro berkurangan. Dengan peningkatan kadar penyusuan serbuk, ketumpatan struktur mikro, penghalusan struktur mikro dan kekerasan mikro salutan meningkat.

3. Mengambil morfologi makroskopik, struktur mikro dan mikrokekerasan salutan sebagai indeks penilaian, parameter proses optimum diperoleh seperti berikut: kuasa laser 700 W, kelajuan pengimbasan 2 mm/s, kadar suapan serbuk 11.1 g/min.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. ialah syarikat berteknologi tinggi yang mengkhusus dalam R&D, pembuatan dan penjualan mesin pelapisan laser automatik, mesin pelapisan laser berkelajuan tinggi, mesin pelindapkejutan laser, mesin kimpalan laser dan peralatan percetakan 3D laser. Produk kami adalah kos efektif dan dijual di dalam dan luar negara. Jika anda berminat dengan produk kami, sila hubungi kami di bob@gshenglaser.com.