A lézeres bevonat Ni-alapú bevonatának folyamatparamétereinek optimalizálása fogaskerekek acélfelületén

A fogaskerekes hajtást széles körben használják a mechanikában, magas átviteli hatékonysága, nagy teherbírása, nagy teljesítménytartománya, hosszú élettartama és sok más előnye miatt. Az üzemi terhelés és a fogaskerekek futási sebességének növekedésével a hajtómű a fogaskerekes áttétel során hajlamos a fogtörésre, a foghordozásra, a fogkopásra, a fogplasztikus deformációra és a fogak ragasztására, ami súlyosan befolyásolja élettartamát. A fogaskerék-átviteli rendszer élettartamának hatékony meghosszabbítása érdekében módosítani kell és meg kell erősíteni a fogfelületet a fogaskerék teherbírásának és kifáradásgátló teljesítményének javítása érdekében. Más felületmódosítási technológiákkal összehasonlítva a lézeres burkoló technológia rövid feldolgozási ciklusával, nagy feldolgozási hatékonyságával és alacsony költségű műszaki előnyeivel kiváló minőségű bevonatokat készíthet, ezáltal javítva az alkatrészek felületi tulajdonságait. A lézeres burkolás során a magas hőmérsékleti gradiens és a nagyon gyors hűtési sebesség miatt a bevonat hajlamos olyan hibákra, mint a pórusok és mikrorepedések, amelyek befolyásolják a bevonat mechanikai tulajdonságait, ami korlátozza a lézeres burkoló részek alkalmazását. bizonyos mértékig. Ezért a bevonat minőségének javítása a folyamatparaméterek optimalizálásával nagy jelentőséggel bír a lézeres burkoló technológia alkalmazásának elősegítésében a bevonat előkészítés területén.

Az általánosan használt lézeres burkolóporok főként Fe-, Ni- és Co-alapú ötvözetek. A különböző burkolóporok közül a Ni-alapú ötvözetporokat széles körben tanulmányozták lézeres burkolóanyagokban, jó kopásállóságuk, korrózióállóságuk, nedvesíthetőségük és mérsékelt áruk miatt.

Ebben a cikkben a 18CrNiMo7-6 fogaskerékacél felületének Ni-alapú bevonatát lézeres burkoló technológiával készítették el. Az egyváltozós módszerrel a különböző folyamatparaméterek bevonat mikroszerkezetére gyakorolt ​​hatását vizsgáltuk, az optimális folyamatparamétereket pedig a bevonat makroszkopikus morfológiájának, mikroszerkezetének és keménységének értékelési mutatóinak figyelembevételével határoztuk meg. A kutatási eredmények kibővíthetik a Ni-alapú porjavító fogalkatrészek alkalmazási körét, és műszaki útmutatást adnak a jövőben a lézeres burkolati technológia alkalmazásához és optimalizálásához a fogaskerekek anyagaiban.

1. Vizsgálati anyagok és berendezések

A teszt alapanyaga 18CrNiMo7-6 fogaskerékacél. A 18CrNiMo7-6 az európai szabvány EN10084 karburált ötvözött szerkezeti acél, amely megfelel a hazai 17Cr2Ni2Mo minőségnek. Karburizálás, hűtés, alacsony hőmérsékletű megeresztés és befejezés után az acél kiváló szilárdsággal, kopásállósággal és ütési tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják szélenergiában, kikötőben, bánya reduktorban és nagy sebességű mozdonyban. A 18CrNiMo7-6 acél kémiai összetételét az 1. táblázat mutatja.

1. táblázat A 18CrNiMo7-6 fogaskerékacél kémiai összetétele (tömeghányad ,%)

A vizsgálatban burkolóporként NiCr20 önolvadó ötvözetport használtunk, melynek kémiai összetételét a 2. táblázat mutatja. A NiCr20 por jó önolvadással, nedvesíthetőséggel, kopásállósággal, korrózióállósággal és oxidációállósággal rendelkezik, és széles körben alkalmazható. a lézeres burkolati folyamat paramétereinek köre. A vizsgálatban segédburkolatként ZrO2 kerámiaport választottunk. A ZrO2 kerámiapor előnyei a jó hőstabilitás, a magas hőmérsékletű kopásállóság és a korrózióállóság stb. A lézeres burkolatoknál könnyen elvégezhető a fázisátalakulási keményítés, hogy kiküszöbölje a lézerburkolat okozta hőterhelési repedéseket és javítsa a bevonat sűrűségét. Ezért használható magas hőmérsékletű kopásálló bevonat készítésére. A tesztben használt NiCr20 és ZrO2 porok az 1. ábrán láthatók. A NiCr20 ötvözetpor és a ZrO2 kerámiapor gömb alakú részecskék, amelyek szemcsemérete körülbelül 100 μm, illetve 50 μm. A NiCr20 port és a ZrO2 kerámiaport 48 ∶ 1 tömegarányban összekevertük és megszárítottuk, hogy lézeres burkolóporként használhassuk.

2. táblázat A NiCr20 por kémiai összetétele (tömeghányad ,%)

1. ábra A NiCr20(a) és ZrO2(b) porok morfológiája

A lézeres burkolati tesztet az MLO{{0}} lézeres burkolóberendezésen végezték el. A lézeres burkolóberendezés egy lézeres burkolófúvókából, egy lézerből, egy hattengelyes mechanikus karból, egy poradagoló rendszerből, egy vízhűtő rendszerből és egy vezérlőrendszerből áll. A lézeres burkolóberendezés szálas lézert használ lézer emissziós forrásként, és a rendelkezésre álló teljesítménytartomány 400 ~ 4000 W. A lézeres burkolás során a port a por adagoló porforgásán keresztül a porkimenetbe küldik, a sebességtartomány a portálca 0-4 fordulat/perc, a részecskeméret-tartomány 50-150 μm. A vízhűtő rendszer hűtővizet biztosít a lézernek és a lézeres burkolófejnek, hogy állandó hőmérsékletű környezetet biztosítson a tesztüzem során. Az olvadt medencét nagy tisztaságú argonnal védtük, hogy elkerüljük az oxidációt a teljes vizsgálat során.

A lézeres burkolatvizsgálatot tömblemezes fogaskerekes acélon végeztük. A lézeres pásztázás iránya a lemez hosszú oldala mentén volt, és a körülbelül 20 mm-es bevonathossz a lemez közepén olvadt össze. Egyfaktoros tesztet alkalmaztunk. A teszt paraméterei a következők voltak: 500 ~ 900 W lézerteljesítmény, 2 ~ 8 mm/s pásztázási sebesség, 8,8 ~ 13,2 g/perc por előtolási sebesség, 4 L/perc argon áramlási sebesség, φ4 mm folt átmérő, 250 mm defókuszálási kapacitás. A specifikus folyamatparaméterek a 3. táblázatban láthatók, és minden tesztcsoportot kétszer meg kell ismételni.

3. táblázat Egycsatornás lézerburkolat vizsgálati paraméterei

A lézeres burkolatvizsgálat után elvégeztük a bevonat metallográfiai elemzését, majd a bevonatot huzalvágó géppel 5 mm × 5 mm × 5 mm-es kockára vágtuk, majd a bevonat metszetét lépésenként políroztuk és políroztuk. lépés. Ezután aqua regiát (a HCl:HNO3 térfogataránya 3 ∶ 1) használnak a korrodálására, és a korróziós idő körülbelül 2 perc. A metallográfiai kezelést követően optikai mikroszkóppal és pásztázó tükörrel figyeltük meg a profilminta mikroszerkezetét metallográfiai korrózió után. Vickers mikrokeménységmérőt használtunk a bevonatprofil keménységének mérésére mélységgel a lézeres burkolatvizsgálat után. A bevonatprofil keménységi vizsgálata a felületi rétegtől 50 μm távolságban kezdődik, és 100 μm-enként vesz egy vizsgálati pontot a mélység irányában, amíg meg nem mérik az alapfelület egyenletes keménységét. A tesztterhelés súlya 500 g, a tartási idő 10 s. Az adatok pontosságának javítása érdekében minden fogaskerekes acélprofil azonos mélységi területén háromszor megmérik a keménységet, és az átlagot veszik.

1. A lézerteljesítmény növekedésével a NiCr20-ZrO2 bevonat olvadási magassága, olvadási szélessége és olvadási mélysége nő. A szkennelési sebesség növekedésével a bevonat olvadási magassága, szélessége és mélysége csökken. A por adagolási sebességének növelésével a bevonat olvadási magassága növekszik, az olvadási szélesség először nő, majd csökken, és csökken az olvadási mélység.

2. A lézerteljesítmény növekedésével a bevonat mikroszerkezetének sűrűsödése, durvulása és mikrokeménysége csökken. A pásztázási sebesség növekedésével csökken a bevonat mikroszerkezetének sűrűsége, csökken a mikroszerkezet durvasága és a mikrokeménysége. A por adagolási sebességének növekedésével a bevonat mikroszerkezeti sűrűsége, mikroszerkezet-finomítása és mikrokeménysége nő.

3. A bevonat makroszkopikus morfológiáját, mikroszerkezetét és mikrokeménységét értékelő indexként figyelembe véve az optimális folyamatparamétereket a következőképpen kaptuk: lézerteljesítmény 700 W, pásztázási sebesség 2 mm/s, por előtolási sebesség 11,1 g/perc.

A Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. egy csúcstechnológiás vállalkozás, amely automata lézeres burkológépek, nagy sebességű lézeres burkológépek, lézeres kioltógépek, lézerhegesztőgépek és lézeres 3D-nyomtató berendezések K+F-re, gyártására és értékesítésére szakosodott. Termékeink költséghatékonyak, és belföldön és külföldön is értékesíthetők. Ha érdeklik termékeink, kérjük, lépjen velünk kapcsolatba a következő címen: bob@gshenglaser.com.