激光熔覆修復(fù)磨損的f

磨損是一種非常常見的零件損傷形式。零件磨損后，設(shè)備運行的不穩(wěn)定性，零件和設(shè)備的精度、性能和長度會降低。所以,要對磨損零件進行激光熔覆修復(fù)的研究。用激光熔覆方法修復(fù)磨損的零件,需先將磨損零件進行表面處理,去除零件表面的油污。若零件磨損表面凹凸不平,則還要對零件表面進行機械加工,整平待修復(fù)的零件表面。然后,將合金粉末熔覆到磨損零件的表面,補足被磨損的尺寸。在激光熔覆修復(fù)中,熔覆修復(fù)部位的尺寸要大于原部位的尺寸,再用機械加工的方法使零件符合最終的尺寸要求。本章對磨損零件和設(shè)備的激光熔覆修復(fù)問題進行實驗研究。1試樣制備和磨損實驗基體材料選用2Cr12,在基體材料的表面用激光熔覆上一定厚度的F321鐵合金,再對它們的耐磨性用盤銷實驗法進行研究,激光熔覆的F321鐵合金的涂層如圖1所示。按圖2的尺寸,用線切割加工和磨削的方法加工出盤銷實驗所需的試件,試件如圖3所示。磨損前各試樣稱重:F321鐵合金盤形試樣68.861g,基體材料2Cr12銷形試樣2.466g;磨損方式:盤銷對磨;磨損速度:370r/min;施加壓力:200N;磨損時間:60min。磨損實驗后各試樣稱重:F321合金激光堆焊盤68.825g,扇形板基體材料銷2.275g,扇形板基體材料銷(去除飛邊后)2.252g。磨損實驗后的試件照片如圖4所示。實驗結(jié)果:Fe基合金激光堆焊盤磨損量:68.861-68.825=0.036(g);扇形板基體材料銷:2.466-2.275=0.191(g);扇形板基體材料銷(去除飛邊后):2.466-2.252=0.214(g);F321合金激光堆焊盤和扇形板基體材料銷磨損比為1∶5.3;F321合金激光堆焊盤和扇形板基體材料銷磨損比:1∶5.9(去除飛邊)。實驗數(shù)據(jù)證明熔覆層的耐磨損性能遠好于基體材料,激光熔覆不但能修復(fù)零件,且還可提高原有零件的在某些方面的性能。2激光熔覆層中晶粒的生長規(guī)律在較軟的合金粉末中添加硬質(zhì)相如WC等陶瓷顆粒可大大提高軟性合金粉末熔覆后的耐磨性。其中軟性合金粉末熔覆層由于磨損所形成的凹坑便于儲油,能起到很好的潤滑作用,彌散于合金中的硬質(zhì)顆粒具有很好的耐磨性。本文采用激光熔覆技術(shù)在45鋼基體上熔覆Ni25/WC涂層,研究碳化鎢含量對熔覆層組織、成分及性能的影響,實驗結(jié)果如圖5所示。由圖5a可見,不含WC的Ni25激光熔覆層中,晶粒生長為柱狀晶,靠近基體的柱狀晶垂直于基體表面,接近表面的柱狀晶生長方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),逐漸平行于激光熔覆掃描方向,和前面分析的一致。由圖5b～5e可見,在激光熔覆Ni25加WC復(fù)合粉末時,盡管WC粉末顆粒的比重比Ni25大,但由于激光熔覆時,熔池內(nèi)強烈的對流作用和快速的凝固作用,激光熔覆層內(nèi)的WC的顆粒分布還是較均勻的,激光熔覆層中,上部WC顆粒的含量略小于下部WC顆粒的含量。含硬質(zhì)相WC的Ni25熔覆層的微觀組織,不同于純Ni25熔覆層的微觀組織,在熔覆層內(nèi),枝晶明顯細化,當(dāng)含量為40%時,基本觀察不到枝晶的形成。這是因為,晶粒的形成包括晶核的形成及晶核的長大兩個過程,晶核最容易在型壁或金屬液體內(nèi)部的固體夾雜物上成核,WC為高熔點硬質(zhì)相顆粒,其熔點為2755℃～2800℃,激光熔覆中不會完全使其熔化。WC的加入,使得熔覆層內(nèi)形核點數(shù)量大增,晶核在基體表面及內(nèi)部夾雜物WC上形核,從而使晶粒明顯細化。隨著硬質(zhì)相WC的加入,材料的組織更細化,可預(yù)見含有碳化鎢等硬質(zhì)相的熔覆層其硬度值加大,其耐磨性能也將提高。3顯微硬度測試一些合金粉末標(biāo)有硬度值,如鎳基合金Ni25、Ni45、Ni60分別表示該合金粉末的硬度為25HRC、45HRC和60HRC。但這個硬度值是指合金粉末在等離子弧噴焊時所獲得合金涂層的硬度。由于激光熔覆時的快速加熱和快速冷卻以及基體零件的冷態(tài)效果,激光熔覆所獲得的合金涂層的硬度要高于合金粉末所標(biāo)注的硬度。在2Cr12基體上分別熔覆Ni25、Ni45、Ni60粉末,粉末粒度為200目,粉末成分如表1所示。激光熔覆的Ni基合金的微觀組織如圖6所示。由圖6可見,Ni60的晶粒比Ni45細,Ni45的晶粒比Ni25細,晶粒越細,硬度越高,所以,Ni60的硬度高于Ni45,而Ni45的硬度高于Ni25。用顯微硬度計測量激光熔覆的Ni基合金的硬度,測量結(jié)果如圖7所示。由圖7可見,激光熔覆的Ni25的硬度提高到35HRC,Ni45的硬度提高到了50HRC,而Ni60的硬度變化不大。這是因為,激光熔覆是一個快速熔凝的過程,熔覆層有著更細密的組織,有利于提高熔覆層的硬度,而Ni60硬度的變化不大,是由于其本身已有了很高的硬度,很難再提高,且在熔覆過程中可能還存在著硬質(zhì)相的燒損,所以其硬度變化不大。4顯微硬度測試在2Cr13基體上熔覆316L不銹鋼合金粉末,對獲得的熔覆層進行了顯微硬度測量,分別測量了基體、結(jié)合區(qū)及熔覆層內(nèi)部的顯微硬度,測試結(jié)果如圖8所示。由圖8可見,由于激光熔覆材料316L不銹鋼與基體材料2Cr12不同,熔覆層的顯微硬度比基體材料的低。但在激光熔覆層內(nèi),硬度分布是較均勻的,316L不銹鋼合金的顯微硬度約為240HV;在基體于熔覆層的結(jié)合區(qū),由于受基體稀釋的影響,以及熔覆過程的快速冷凝,結(jié)合區(qū)的硬度明顯高于熔覆層其他部位的硬度。5激光熔覆的優(yōu)點(1)將2Cr12基體材料與激光熔覆的F321合金進行磨損對比實驗的結(jié)果表明,F321合金熔履層的耐磨性是基體材料2Cr12的5倍,用F321合金粉末激光熔覆修復(fù)被磨損的2Cr12零件可使耐磨性大大提高。(2)在較軟的合金粉末中添加硬質(zhì)相如WC等陶瓷顆粒時可大大提高軟性合金粉末的耐磨性。激光熔覆由軟合金和硬質(zhì)顆