Öntött gördülő hüvely felületjavítási technológiája nagy sebességű lézeres burkolattal

Az alumíniumlemez-öntés és -hengerlés során az öntőhenger-hüvely a fő munkadarab. Üzem közben a tekercshüvely felülete magas hőmérsékletnek és terhelésnek van kitéve, ami gyakran befolyásolja az élettartamot és az alumíniumlemez minőségét a kopásgödrök, repedések és kopás korai megjelenése miatt. A görgős hüvely ára készletenként elérheti a több százezer jüant. Ha túl korán meghiúsul, az minden bizonnyal növeli a termelési költségeket, és nem segíti elő a termelő vállalkozások gazdasági előnyeinek javulását. A felülethegesztés a hengerhüvely hagyományos javítási módja, de nagy hőátadása a mátrix deformálódásához vezet, és befolyásolja a javítási hatást. A probléma megoldása érdekében sok szakértő és tudós javasolta a lézeres burkolat módszerét a görgős hüvely javítására. Csúcstechnológiás felületmódosítási technológiaként a lézeres burkolat jellemzői a nagy feldolgozási pontosság, a kis termikus deformáció mértéke és a kisebb utófeldolgozási mennyiség. A kobalt alapú ötvözetek széles körben használatosak acélanyagok lézeres burkolati felületének megerősítésére magas hőmérsékleti szilárdságuk, keménységük és hőfáradásállóságuk miatt.

A nagy sebességű lézeres burkolati technológia jellemzői a nagy burkolati hatékonyság, a nagy porfelhasználási arány és az ultra-alacsony hígítási arány, és gyorsan elkészítheti a lézerötvöző rétegeket a nagy forgó munkadarabok felületén az öntőhenger hüvelyek azonos fázisában. A burkolóréteg felületi érdessége alacsony, ami elősegíti az utólagos feldolgozást, megtakarítja a burkolóanyagokat, és leküzdi a hagyományos lézeres burkolat alacsony hatékonyságával és magas költségével kapcsolatos problémákat. A folyamat paraméterei nagyban befolyásolják a burkolóréteg teljesítményét. Az öntőhenger teljesítményének javításának előfeltétele és kulcsa a nagysebességű lézeres burkolóréteg kiváló minőségű előkészítése a folyamatparaméterek optimalizálásával.

A felületjavító burkolat befejezése után az öntött hengerhüvely felületi érdessége gyakran nem felel meg a tényleges munkakörülmények követelményeinek, ezért csiszológéppel és más folyamatokkal újra kell dolgozni. Ezért a burkolóréteg vastagsága és felületi érdessége válik a minőségi értékelés kulcsfontosságú mutatóivá. Ebben a cikkben 32Cr3Mo1V öntött hengerelt hüvelyes acélt használtak mátrixként. Elsőként a különböző folyamatparaméterek befolyását a kobalt alapú bevonat vastagságára és felületi érdességére ultra-nagy sebességű lézeres burkolattal tárgyaltuk. Az optimális tartomány meghatározása után tervezési ortogonális teszttel optimalizáltuk az optimális folyamatparamétereket. Az optimális paraméterek felhasználásával elkészített burkolat mikroszerkezetét és mikrokeménységét elemeztük, hogy némi kísérleti és elméleti alapot adjunk az öntötthengerhüvely felületjavítására és megerősítésére szolgáló új és hatékonyabb technológia feltárásához.

A teszt alapanyaga 32Cr3Mo1V alumíniumöntő és hengermű öntőhenger hüvely, burkolóanyaga pedig 15-53μm szemcseméretű Co-06 ötvözetpor. A por SEM morfológiáját az 1. ábra, az összetételét pedig az 1. táblázat mutatja be. Bevonás előtt a port szárítószekrényben 120 fokon 120 percig szárítottuk. A próbadarab felületén lévő forgási csíkokat és oxidrétegeket mechanikus köszörüléssel eltávolítottuk, az olajat alkohollal megtisztítottuk.

                                                                                                        1. ábra SEMimageofCo-06por

Ha a lézer teljesítménye 2500 W és a burkolati sebesség 15 m/perc, az ultranagy sebességű lézeres burkolóréteg vastagsága a por adagolási sebességének növekedésével növekszik egy bizonyos paramétertartományon belül. Mivel a porfelhasználás mértéke meghaladhatja a 90%-ot az ultra-nagy sebességű lézeres burkoló folyamatban, a burkolópor nagy része teljesen megolvad a munkadarab felett, és folyékony állapotban injektálható az olvadt medencébe. A por adagolási sebességének növekedésével egységnyi idő alatt több burkolóport fecskendeznek be az olvadékmedencébe, és nő a burkolóréteg vastagsága. De a teszt azt is megállapította, hogy ha a por adagolási sebességét a lézerteljesítményre növeljük, és más paraméterek nem egyeznek, akkor nem elég, hogy a burkolópor nagy része teljesen megolvadjon a munkadarab tetején, és a meg nem olvadt ill. a félig megolvadt burkolópor súlyosan befolyásolja a burkolóréteg formálási minőségét.

Amikor a lézer teljesítménye 2800 W és a por adagolási sebessége 30 g/perc, a burkolóréteg vastagsága a burkolati sebesség növekedésével csökken egy bizonyos paramétertartományon belül. Ennek az az oka, hogy az ultra-nagy sebességű lézeres bevonat több vékony rétegből áll, amelyek vastagságirányban egymásra vannak rakva. Ha az átfedési arány állandó, a vékony réteg vastagsága közvetlenül meghatározza a burkolóréteg vastagságát. A burkolóanyag sebességének növekedésével az egységnyi idő alatt cseppek formájában az olvadékmedencébe injektált mennyiség csökken, így csökken az egyetlen vékony bevonat vastagsága, végső soron pedig a burkolóréteg vastagsága.

Ha a por adagolási sebessége 15 g/perc és a burkolat sebessége 15 m/perc, nincs nyilvánvaló összefüggés a burkolóréteg vastagsága és a lézer teljesítménye között egy bizonyos paramétertartományon belül. Mivel az ultranagy sebességű lézeres burkolat csak ultravékony és minimális olvadékmedencét hoz létre a hordozó felületén, a hígítási arány rendkívül alacsony, a lézerteljesítmény aránya csekély hatással van a hordozóra, és az ultra-nagy sebesség kihasználtsága A lézeres burkolópor nagyon magas, a lézerteljesítmény növelésével megolvasztható por mennyisége korlátozott, így a lézerteljesítménynek nincs jelentős hatása az ultra-nagy sebességű lézeres burkolóréteg vastagságára.

A burkolóréteg makroszkopikus felületi topográfiájának megfigyelése révén megállapítható, hogy a fenti paramétertartományon belül a burkolóréteg felületi topográfiája csak a burkolati sebesség változása esetén változik jelentősen. Megállapítást nyert, hogy amikor a burkolati sebesség eléri a 75 m/perc-et, a burkolóréteg felületi alakja rossz és nagy az érdesség, míg 15 m/perc vagy 25 m/perc burkolati sebesség esetén a burkolóréteg felületi alakja A burkolóréteg jobb, ugyanakkor az érdesség is alacsony.

1. Egy bizonyos paramétertartományban a burkolóréteg vastagsága növekszik a por adagolási sebességének növekedésével, és csökken a burkolat sebességének növekedésével, és a burkolóréteg vastagsága nincs nyilvánvaló összefüggésben a lézerteljesítménnyel .

2. Az optimalizált folyamatparaméterek a lézerteljesítmény 2500 W, a pásztázási sebesség 15 m/perc és a por adagolási sebessége 30 g/perc. Ezen eljárási paraméterek mellett a burkolóréteg nagyobb vastagságot és mikrokeménységet érhet el.

3. Az ultra-nagy sebességű lézeres burkolóréteg mikroszerkezete egységes és finom, és nyilvánvaló az ív-delaminációs jelenség. A burkolóréteg alsó és középső részei többnyire oszlopos kristályok, amelyek merőlegesen nőnek a burkolóréteg/mátrix határfelület fúziós vonalára vagy a lapos fúziós vonalra, és a növekedési irány nagyon konzisztens. A fúziós vonal régiójában enyhe szemcsedurvulás figyelhető meg. A dendritek növekedési iránya a burkolóréteg felső részén viszonylag rendezetlen.

4. Az ultra-nagy sebességű lézeres burkolóréteg mikrokeménysége lényegesen nagyobb, mint a hordozóé, ami elősegíti az öntött tekercshüvely kopásállóságának javítását.