Технология за поправка на повърхността на лята валцуваща втулка чрез високоскоростно лазерно облицоване

При леене на алуминиева ламарина и производство на валцоване, втулката на ролката за леене е основната работна част. Когато се използва, повърхността на втулката на ролката е подложена на взаимодействие на висока температура и натоварване, което често влияе върху експлоатационния живот и качеството на алуминиевата плоча поради ранната поява на износващи се ями, пукнатини и износване. Цената на ролковия ръкав може да достигне стотици хиляди юана за комплект. Ако се провали твърде рано, това със сигурност ще увеличи производствените разходи и не е благоприятно за подобряване на икономическите ползи на производствените предприятия. Заваряването на повърхността е традиционният метод за ремонт на ролкова втулка, но неговият голям топлопренос води до деформация на матрицата и влияе върху ефекта на ремонта. За да се реши този проблем, много експерти и учени предложиха метода на лазерно покритие за ремонт на ролковата втулка. Като високотехнологична технология за модифициране на повърхността, лазерното покритие има характеристиките на висока прецизност на обработка, малка степен на термична деформация и по-малко количество последваща обработка. Базираните на кобалт сплави се използват широко за лазерно облицоване на повърхностно укрепване на стоманени материали поради тяхната висока температурна якост, твърдост и устойчивост на термична умора.

Технологията за високоскоростно лазерно облицоване има характеристиките на висока ефективност на облицовката, висок процент на използване на праха и ултра-нисък процент на разреждане и може бързо да подготви лазерни легиращи слоеве върху повърхността на големи въртящи се детайли в равна фаза на леярски втулки. Грапавостта на повърхността на облицовъчния слой е ниска, което е благоприятно за последваща обработка, спестяване на облицовъчни материали и преодоляване на проблемите с ниската ефективност и високата цена на конвенционалното лазерно облицоване. Параметрите на процеса имат голямо влияние върху работата на облицовъчния слой. Това е предпоставката и ключът към подобряване на производителността на леярската ролка, за да се подготви високоскоростният лазерен облицовъчен слой с отлично качество чрез оптимизиране на параметрите на процеса.

След завършване на облицовката за ремонт на повърхността, грапавостта на повърхността на ръкава на отлятата ролка често не може да отговори на изискванията на действителните работни условия и трябва да бъде повторно обработена чрез шлифовъчна машина и други процеси. Следователно дебелината и грапавостта на повърхността на облицовъчния слой стават ключови показатели за оценка на неговото качество. В тази статия като матрица е използвана 32Cr3Mo1V стомана за лята валцувана втулка. Първо, беше обсъдено влиянието на различни параметри на процеса върху дебелината и грапавостта на повърхността на кобалтово покритие чрез свръхвисокоскоростно лазерно облицоване. След определяне на оптималния обхват, оптималните параметри на процеса бяха оптимизирани чрез проектиране на ортогонален тест. Микроструктурата и микротвърдостта на облицовката, приготвена с помощта на оптималните параметри, бяха анализирани, за да се осигури някаква експериментална и теоретична основа за изследване на нова и по-ефективна технология за повърхностен ремонт и укрепване на лятата втулка.

Основният материал на теста беше 32Cr3Mo1V алуминиева леярска и валцова леярска втулка, а облицовъчният материал беше прах от сплав Co-06 с размер на частиците 15-53μm. SEM морфологията на праха е показана на Фигура 1, а съставът е показан в Таблица 1. Преди покриване, прахът се суши в сушилня при 120 градуса за 120 минути. Завъртащите се ивици и оксидните слоеве върху повърхността на образеца се отстраняват чрез механично смилане и маслото се почиства с алкохол.

                                                                                                        Фиг.1SEM изображение на Co-06прах

Когато мощността на лазера е 2500 W и скоростта на облицовка е 15 m/min, дебелината на свръхвисокоскоростния лазерен облицовъчен слой се увеличава с увеличаване на скоростта на подаване на прах в рамките на определен диапазон на параметрите. Тъй като степента на използване на праха може да надхвърли 90% в процеса на ултрависокоскоростно лазерно облицоване, по-голямата част от облицовъчния прах може да бъде напълно разтопен над детайла и инжектиран в разтопения басейн в течно състояние. С увеличаване на скоростта на подаване на прах, повече прах за облицовка се инжектира в резервоара за стопилка за единица време и дебелината на облицовъчния слой се увеличава. Но тестът също установи, че когато скоростта на подаване на прах се увеличи до мощността на лазера и други параметри не съвпадат, не е достатъчно, за да може по-голямата част от праха за облицовка да бъде напълно разтопен в горната част на детайла, а неразтопеният или полуразтопен облицовъчен прах ще повлияе сериозно на качеството на формоване на облицовъчния слой.

Когато мощността на лазера е 2800 W и скоростта на подаване на прах е 30 g/min, дебелината на облицовъчния слой намалява с увеличаване на скоростта на облицовка в рамките на определен диапазон на параметрите. Причината е, че свръхвисокоскоростното лазерно облицовъчно покритие е съставено от множество тънки слоеве, подредени в посока на дебелината. Когато скоростта на припокриване е постоянна, дебелината на тънкия слой директно определя дебелината на облицовъчния слой. Когато скоростта на облицовката се увеличи, количеството, инжектирано в разтопения басейн под формата на капчици за единица време, ще намалее, като по този начин ще се намали дебелината на единичното тънко покритие и в крайна сметка дебелината на облицовъчния слой.

Когато скоростта на подаване на прах е 15 g/min и скоростта на облицовката е 15 m/min, няма очевидна корелация между дебелината на облицовъчния слой и мощността на лазера в определен диапазон на параметрите. Тъй като ултрависокоскоростното лазерно облицоване произвежда само ултратънък и минимален разтопен басейн на повърхността на субстрата, степента на разреждане е изключително ниска, скоростта на мощност на лазера има малък ефект върху субстрата и степента на използване на ултрависоката скорост прахът за лазерна облицовка е много голям, количеството прах, което може да се разтопи чрез увеличаване на мощността на лазера, е ограничено, така че мощността на лазера няма значителен ефект върху дебелината на слоя с ултрависокоскоростна лазерна облицовка.

Чрез наблюдение на макроскопичната повърхностна топография на облицовъчния слой се установява, че в рамките на горния диапазон на параметрите, повърхностната топография на облицовъчния слой се променя значително само когато скоростта на облицовката се промени. Установено е, че когато скоростта на облицовка достигне 75 m/min, повърхностната форма на облицовъчния слой е лоша и грапавостта е висока, докато когато скоростта на облицовка е 15 m/min или 25 m/min, формата на повърхността на облицовъчният слой е по-добър и в същото време грапавостта е ниска.

1. В определен диапазон от параметри, дебелината на облицовъчния слой се увеличава с увеличаване на скоростта на подаване на прах и намалява с увеличаване на скоростта на облицовка, а дебелината на облицовъчния слой няма очевидна корелация с мощността на лазера .

2. Оптимизираните параметри на процеса са лазерна мощност 2500 W, скорост на сканиране 15 m/min и скорост на подаване на прах 30 g/min. При тези параметри на процеса облицовъчният слой може да получи по-висока дебелина и микротвърдост.

3. Микроструктурата на свръхвисокоскоростния лазерен облицовъчен слой е равномерна и фина и има очевиден феномен на разслояване на дъгата. Долната и средната област на облицовъчния слой са предимно колонни кристали, растящи перпендикулярно на линията на сливане на интерфейса на облицовъчния слой/матрицата или линията на сливане на скута и посоката на растеж е силно последователна. Има леко загрубяване на зърната в областта на линията на сваряване. Посоката на растеж на дендритите в горната област на облицовъчния слой е относително нарушена.

4. Микротвърдостта на облицовъчния слой с ултрависокоскоростен лазер е значително по-висока от тази на субстрата, което е благоприятно за подобряване на устойчивостта на износване на ръкава на лятата ролка.