Laserpäällysteen Ni-pohjaisen pinnoitteen prosessiparametrien optimointi hammaspyörän teräspinnalle

Vaihteistoa käytetään laajalti mekaanisella alalla sen korkean siirtotehokkuuden, suuren kantavuuden, suuren tehoalueen, pitkän käyttöiän ja monien muiden etujen vuoksi. Käyttökuorman ja vaihteiston käyntinopeuden kasvaessa vaihteisto on altis hampaiden katkeamiselle, hampaiden pisteytyksille, hampaiden kulumiselle, hampaiden plastisille muodonmuutoksille ja hampaiden liimaamiselle vaihteiston siirtoprosessissa, mikä vaikuttaa vakavasti sen käyttöikään. Vaihteistojärjestelmän käyttöiän pidentämiseksi tehokkaasti on tarpeen muokata ja vahvistaa hampaan pintaa pyörän kantokyvyn ja väsymisenestokyvyn parantamiseksi. Verrattuna muihin pinnanmuokkaustekniikoihin, laserpinnoitustekniikka, jolla on lyhyt prosessointisykli, korkea prosessointitehokkuus ja edulliset tekniset edut, voi valmistaa korkealaatuisia pinnoitteita ja parantaa siten osien pintaominaisuuksia. Laserpinnoitusprosessin korkean lämpötilagradientin ja erittäin nopean jäähdytysnopeuden ansiosta pinnoite on altis vaurioille, kuten huokosille ja mikrohalkeamille, jotka vaikuttavat pinnoitteen mekaanisiin ominaisuuksiin, mikä rajoittaa laserpäällysteen osien käyttöä. tiettyyn rajaan asti. Siksi pinnoitteen laadun parantamisella prosessiparametreja optimoimalla on suuri merkitys laserpinnoitustekniikan soveltamisen edistämiselle pinnoitteen valmistelussa.

Yleisesti käytetyt laserpinnoitusjauheet ovat pääasiassa Fe-, Ni- ja Co-pohjaisia ​​seoksia. Eri verhousjauheista Ni-pohjaisia ​​metalliseosjauheita on tutkittu laajasti laserverhousmateriaaleissa niiden hyvän kulutuskestävyyden, korroosionkestävyyden, kostuvuuden ja kohtuullisen hinnan vuoksi.

Tässä artikkelissa Ni-pohjainen pinnoite 18CrNiMo7-6 hammaspyöräteräksen pinnalle valmistettiin laserpinnoitustekniikalla. Yksimuuttujamenetelmällä tutkittiin eri prosessiparametrien vaikutusta pinnoitteen mikrorakenteeseen ja optimaaliset prosessiparametrit määritettiin ottamalla arviointiindekseiksi pinnoitteen makroskooppinen morfologia, mikrorakenne ja kovuus. Tutkimustulokset voivat laajentaa Ni-pohjaisten jauhekorjaushammasosien käyttöaluetta ja antaa teknistä ohjausta laserpinnoitustekniikan soveltamiseen ja optimointiin vaihteistomateriaaleissa tulevaisuudessa.

1. Testausmateriaalit ja -laitteet

Testissä käytetty perusmateriaali on 18CrNiMo7-6 hammaspyöräterästä. 18CrNiMo7-6 on eurooppalaisen standardin EN10084 hiiletetty seosrakenneteräs, joka vastaa kotimaista laatua 17Cr2Ni2Mo. Hiiletyksen, karkaisun, matalan lämpötilan karkaisun ja viimeistelyn jälkeen teräksellä on erinomaiset lujuus-, kulutuskestävyys- ja iskunkestävyysominaisuudet, ja sitä käytetään laajalti tuulivoimassa, satamassa, kaivosten vähennysvaihteissa ja nopeissa veturivaihteissa. 18CrNiMo7-6-teräksen kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1 18CrNiMo7-6 hammaspyöräteräksen kemiallinen koostumus (massaosuus , %)

Testissä päällystysjauheena käytettiin itsestään sulavaa NiCr20-seosjauhetta ja sen kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 2. NiCr20-jauheella on hyvä itsestään sulava, kostuvuus, kulutuskestävyys, korroosionkestävyys ja hapettumisenkestävyys, ja se soveltuu laajalle erilaisia ​​laserpinnoitusprosessiparametreja. Kokeen apuverhousmateriaaliksi valittiin keraaminen ZrO2-jauhe. ZrO2-keraamisen jauheen etuna on hyvä lämmönkestävyys, kulutuskestävyys korkeissa lämpötiloissa ja korroosionkestävyys jne. Laserpäällysteessä on helppo tehdä vaihesiirtymäkarkistus laserverhouksen aiheuttamien lämpöjännityshalkeamien poistamiseksi ja pinnoitteen tiheyden parantamiseksi. Siksi sitä voidaan käyttää korkean lämpötilan kulutusta kestävän pinnoitteen valmistukseen. Testissä käytetyt NiCr20- ja ZrO2-jauheet on esitetty kuvassa 1. NiCr20-seosjauheen ja ZrO2-keraamijauheen morfologia ovat pallomaisia ​​hiukkasia, joiden hiukkaskoot ovat vastaavasti noin 100 μm ja 50 μm. NiCr20-jauhe ja keraaminen ZrO2-jauhe sekoitettiin massasuhteen 48 ∶ 1 mukaisesti ja kuivattiin käytettäväksi laserpinnoitusjauheena.

Taulukko 2 NiCr20-jauheen kemiallinen koostumus (massaosuus, %)

Kuva 1 NiCr20(a)- ja ZrO2(b)-jauheiden morfologiat

Laserpäällystetesti suoritettiin MLO{{0}}-laserverhouslaitteistolla. Laserverhouslaitteisto koostuu laserpäällystyssuuttimesta, laserista, kuusiakselisesta mekaanisesta varresta, jauheen syöttöjärjestelmästä, vesijäähdytysjärjestelmästä ja ohjausjärjestelmästä. Laserpäällystyslaitteistossa käytetään laseremissiolähteenä kuitulaseria, ja käytettävissä oleva tehoalue on 400 ~ 4000 W. Laserpinnoitusprosessissa jauhe lähetetään jauheen ulostuloon jauheen syöttölaitteen jauhekierron kautta, jonka nopeusalue jauhealustan nopeus on 0 - 4 r/min ja hiukkaskokoalue on 50 - 150 μm. Vesijäähdytysjärjestelmä tarjoaa jäähdytysvettä laserille ja laserpäällystyspäälle varmistaakseen tasaisen lämpötilan koekäytön aikana. Sula allas suojattiin erittäin puhtaalla argonilla hapettumisen välttämiseksi koko testin ajan.

Laserverhouskoe suoritettiin lohkolevyhammaspyöräteräkselle. Laserpyyhkäisysuunta oli levyn pitkää sivua pitkin ja noin 20 mm:n päällysteen pituus sulatettiin levyn keskelle. Käytettiin yksitekijätestiä. Testiparametrit olivat laserteho 500 - 900 W, skannausnopeus 2 - 8 mm/s, jauheen syöttönopeus 8,8 - 13,2 g/min, argonin virtausnopeus 4 l/min, pisteen halkaisija φ4 mm, defokusointikapasiteetti 250 mm. Erityiset prosessiparametrit on esitetty taulukossa 3, ja jokainen testiryhmä toistetaan kahdesti.

Taulukko 3 Yksikanavaisen laserpäällysteen testiparametrit

Laserpinnoitustestin jälkeen pinnoitteelle suoritettiin metallografinen analyysi ja pinnoite leikattiin 5 mm × 5 mm × 5 mm:n kuutioksi lankaleikkauskoneella ja pinnoitteen osa kiillotettiin ja kiillotettiin vaiheittain. askel. Sitten käytetään aqua regiaa (HCl:n ja HNO3:n tilavuussuhde 3 ∶ 1) syövyttämiseen, ja korroosioaika on noin 2 min. Metallografisen käsittelyn jälkeen käytettiin optista mikroskooppia ja pyyhkäisypeiliä profiilinäytteen mikrorakenteen tarkkailuun metallografisen korroosion jälkeen. Vickersin mikrokovuustesteriä käytettiin pinnoiteprofiilin kovuuden mittaamiseen syvyyden kanssa laserpäällystystestin jälkeen. Pinnoiteprofiilin kovuustesti alkaa 50 μm:n etäisyydeltä pintakerroksesta ja otetaan testipiste 100 μm välein syvyyssuunnassa, kunnes alustan tasainen kovuus mitataan. Testikuorman painoksi on asetettu 500 g ja pitoaika on 10 s. Tietojen tarkkuuden parantamiseksi kovuus mitataan 3 kertaa kunkin hammaspyörän teräsprofiilin samalla syvyysalueella ja otetaan keskiarvo.

1. Lasertehon kasvaessa NiCr20-ZrO2-pinnoitteen sulamiskorkeus, -leveys ja -syvyys kasvavat. Skannausnopeuden kasvaessa pinnoitteen sulamiskorkeus, leveys ja syvyys pienenevät. Jauheen syöttönopeuden kasvaessa pinnoitteen sulamiskorkeus kasvaa, sulamisleveys ensin kasvaa ja sitten pienenee ja sulamissyvyys pienenee.

2. Lasertehon kasvaessa pinnoitteen mikrorakenteen tiivistyminen, karkeneminen ja mikrokovuus vähenevät. Pyyhkäisynopeuden kasvaessa pinnoitteen mikrorakenteen tiheys pienenee, mikrorakenteen karkeus ja mikrokovuus pienenevät. Jauheen syöttönopeuden kasvaessa pinnoitteen mikrorakenteen tiheys, mikrorakenteen hienostuneisuus ja mikrokovuus kasvavat.

3. Ottamalla arviointiindekseiksi pinnoitteen makroskooppinen morfologia, mikrorakenne ja mikrokovuus, optimaaliset prosessiparametrit saatiin seuraavasti: laserteho 700 W, skannausnopeus 2 mm/s, jauheen syöttönopeus 11,1 g/min.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on korkean teknologian yritys, joka on erikoistunut automaattisten laserpäällystyskoneiden, nopean laserpäällystyskoneen, lasersammutuskoneen, laserhitsauskoneen ja laser-3D-tulostuslaitteiden tutkimukseen ja kehitykseen, valmistukseen ja myyntiin. Tuotteemme ovat kustannustehokkaita ja niitä myydään kotimaassa ja ulkomailla. Jos olet kiinnostunut tuotteistamme, ota meihin yhteyttä numeroon bob@gshenglaser.com.