Микроструктура и свойства на високоскоростно лазерно покритие Ni60 върху повърхността на стомана с високо съдържание на манган

При ударно натоварване стоманата с високо съдържание на манган ще произведе голям брой дислокационни запушвания близо до повърхността, което води до значително втвърдяване при работа, докато вътрешността поддържа определена якост, така че има добра повърхностна устойчивост на износване и цялостна якост и се използва широко в обработката на трошащия чук и производството на минни машини с незаменима роля. В дългия работен процес, поради корозията и въздействието на вода, руда и т.н., главата на чука е лесна за производство на едната страна на износване, образуването на размера е извън удара и необходимостта от спиране за подмяна или ремонтът влияе върху ефективността на производството. Поради високия въглероден еквивалент на стоманата с високо съдържание на манган, заваряемостта е лоша, особено
В процеса на заваряване лесно се причиняват пукнатини в близост до линията на топене на засегнатата от топлина зона поради утаяване на карбид, което затруднява ремонта на стомана с високо съдържание на манган чрез традиционните методи за заваряване на повърхността и е необходимо да се използва малко входяща топлина, принудително охлаждане, вторично водно закаляване и други методи за ремонт на повърхностното заваряване, което е трудно и изисква високи технически изисквания към ремонтния персонал. Може също така да използва електродъгово заваряване от неръждаема стомана като покритие на електрод за заваряване на дъното и повърхността, но ефективността на производството е ниска и последващото натоварване на машинната обработка е голямо, което подобрява разходите за ремонт на частите и намалява ефективността на производството на предприятията.

Основната характеристика на технологията за високоскоростна лазерна облицовка е, че чрез промяна на позицията на лазерния лъч и металния прах, прахът може да се разтопи в пространството на полета и на повърхността на матрицата се образува само малък разтвор. Входящата топлина в процеса на облицовка е допълнително намалена с предпоставката за осигуряване на металургично свързване. В същото време дебелината на облицовъчния слой може да се контролира. Степента на разреждане е по-малка от 1%. Ниска повърхностна грапавост. Може значително да намали обема на обработка на частите след облицовката и да предостави нова идея и нов метод за ремонт на стомана с високо съдържание на манган.

В тази статия за пример е взет ZGMn13, материал, използван за главата на чука на трошачка за мина. Високоскоростната лазерна система за облицовка беше използвана за облицовка на Ni60 прах върху неговата повърхност и оптималните параметри на процеса бяха получени чрез ортогонален тест и анализ на диапазона. Той може да осигури основа за някои технически параметри за минните предприятия да използват високоскоростна лазерна технология за облицовка за ремонт на стомана с високо съдържание на манган.

1. Подготовка на проби

Тестовият материал беше ZGMn13 стоманена плоча след обработка с водна закалка и химическият състав беше показан в таблица 1. Стоманената плоча се обработва в проба с размери 200 mm × 100 mm × 10 mm чрез фреза. Горната и долната повърхност на пробата се обработват с шлифовъчна машина до Ra1.6, а останалите четири повърхности не се изискват за грапавост. Горната повърхност на пробата, която трябва да се стопи, се избърсва съответно с ацетон и етанол за обезмасляване и изсушаване. Прахът от самотопима сплав Ni60 от 45 ~ 106 μm е избран за облицовъчен слой и неговият химичен състав е показан в таблица 1. Преди облицовката прахът трябва да се изпрати в сушилната кутия и да се изсуши при 150 градуса за 1 час, за да се отстрани влагата, съдържаща се в праха, предотвратява клъстерите на праха и осигурява равномерното непрекъснато доставяне на праха по време на процеса на облицовка.

                                                           Таблица 1 Химичен състав на ZGMn13 и Ni60 прах (масова фракция, %)

2. Метод на изпитване

За приготвяне на пробата за облицовка беше използвано високоскоростно лазерно оборудване за облицовка. Покрития Ni60 с площ от 40 mm × 10 mm и дебелина от 1.5 ~ 2.0 mm бяха приготвени чрез шест еднослойни процеса. За да се избегнат пукнатини и прекомерно вътрешно напрежение в процеса на облицовка, пробата беше предварително нагрята преди облицовката, предварително загрята и задържана при 150 градуса за 1 час, а тестът за облицовка беше извършен веднага след предварителното нагряване според параметрите на изпитването в таблица 2. Диаметърът на лазерното петно ​​е 1,5 mm, степента на свързване е 60%, а капацитетът на разфокусиране е 15 mm. Газът аргон се използва като захранващ прах и защитен газ.

                                                                                         Таблица 2 Параметри за изпитване на лазерна облицовка

1. Тестът за проникване на цвета показва, че качеството на формиране на повърхността на облицовъчния слой е по-добро и няма дефекти като пукнатини и пори, когато тестът за високоскоростно лазерно облицоване се извършва след задържане при 150 градуса за 1 час.

2. Анализът на обхвата на ортогоналния тест и резултатите от изпитването на проби от облицовка показват, че най-добрите параметри на процеса на облицовка на Ni60 прах върху материал ZGMn13 са лазерна мощност 1 200 W, скорост на сканиране 4 mm/s и скорост на подаване на прах 7,5 g/min. При такива условия твърдостта може да достигне 811,41 HV. Той е около 2,8 пъти по-голям от този на основния материал, а коефициентът на триене е 0,367, което е намалено с 37,7% в сравнение с основния материал, устойчивостта на износване се увеличава с 1,6 пъти, а количеството на износване е около 38% от основата материал.

3. Чрез OM, XRD и BSE анализ може да се види, че облицовъчният слой е съставен главно от -Ni дендрити, дендритни дендрити, флорални твърди боридни фази CrB и сиви твърди карбидни фази Cr7C3 и Cr23C6. Горната твърда фаза подобрява устойчивостта на износване на облицовъчния слой.