發(fā)布時間：2016-08-20 06:20

1 緒論

現(xiàn)代企業(yè)對生產(chǎn)要求的智能化和現(xiàn)代化已成為了發(fā)展的必然趨勢，同時導(dǎo)致對設(shè)備及其零部件表面物理力學(xué)性能的要求越來越高。通常采用鍛造或者焊接制造方式得到相對高性能強(qiáng)度的低碳鋼，但是這類低碳鋼經(jīng)過相應(yīng)的熱處理后其硬度低，在力沖擊、磨損和腐蝕條件下極易失效[1]。由于零部件在生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用過程中需長期處于惡劣的環(huán)境下，，樣件表面的局部破壞會造成整個樣件失效，失效大多發(fā)生在樣件表面，甚至有時導(dǎo)致整套設(shè)備報(bào)廢無法繼續(xù)生產(chǎn)，根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，因上述原因?qū)е旅磕晡覈鴵p失近千億元，不必要的設(shè)備耗費(fèi)使我國經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失[2]。采用表面工程的方法，在樣件表面通過激光熔覆制造具有特殊物理性能的金屬涂層，是該研究領(lǐng)域修復(fù)已經(jīng)磨破損的樣件并延長樣件應(yīng)用壽命的重要手段之一[3]，通過激光表面改性技術(shù)處理后的樣件，可較大幅度地改善材料或零部件的性能和壽命，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣泛[4-6]。

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2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

目前在一些工業(yè)領(lǐng)域中，以鋼鐵材料為主的構(gòu)件已經(jīng)很難達(dá)到企業(yè)對其物理力學(xué)性能的需要。雖然對于高強(qiáng)度材料的性能可以在某方面滿足應(yīng)用條件，但是很多生產(chǎn)制造環(huán)境復(fù)雜多樣，例如滿足材料的硬度要求的情況下，但此時抗耐磨性能較差。根據(jù)第 1章材料選取原則及各材料優(yōu)異特性，為了進(jìn)一步滿足企業(yè)需求的多樣化，人們發(fā)現(xiàn)原位自生所形成熔覆層具有明顯的優(yōu)越性，可以滿足樣件具有較高的硬度時，也具有很好的抗耐磨性能。復(fù)合材料對添加的材料有著重要的要求，所添加的材料與基體材料應(yīng)該具有的良好相容性，該材料在基體材料中的分布情況直接影響其涂層的性能，如果添加的材料顆粒在涂層中的分布越均勻，得到的涂層性能就越好，同時增強(qiáng)顆粒與金屬基體具有良好的潤濕性時，可以使增強(qiáng)相在基體中均勻彌散分布，更有利于改善材料力學(xué)性能[42]。以往主要采取攪拌的熔覆方法即直接添加增強(qiáng)相 WC 顆粒，很難達(dá)到上述條件，而本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)不直接添加 WC 顆粒，而是通過原位自生反應(yīng)生成碳化鎢。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

激光加工系統(tǒng)中的控制部分被稱為數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)是激光加工過程中實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動和加工的執(zhí)行系統(tǒng)，在加工過程中，可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動激光器或光纖運(yùn)動此時工件不動，也可以實(shí)現(xiàn)激光加工頭不動此時夾具或機(jī)器人移動工件從而實(shí)現(xiàn)激光加工，整個加工過程中由計(jì)算機(jī)全程控制，其加工的效率和精度得到大大的提高。本課題激光加工系統(tǒng)中使用型號 YLR-3000 的 IPG 光纖激光器（功率 P≤3000w），安裝在由 KUKA 公司自主生產(chǎn)的 6 軸聯(lián)動機(jī)械手上，由機(jī)械手?jǐn)y帶熔覆頭實(shí)現(xiàn)熔覆軌跡，所采用的送粉方式為同步送粉法，熔覆粉末通過保護(hù)氣來運(yùn)輸及其量的控制，由于激光熔覆工藝上的復(fù)雜，外界對其影響很大，所以在實(shí)驗(yàn)過程中對樣件表面和熔融粉末施加氮?dú)獗Ｗo(hù)，實(shí)驗(yàn)過程中使用冷水機(jī)對熔覆頭進(jìn)行循環(huán)冷卻并由計(jì)算機(jī)控制激光加工系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，實(shí)驗(yàn)加工系統(tǒng)，如圖 2.1 所示。

3 激光單道熔覆鎳基碳化鎢涂層研究................. 11

3.1 45 號鋼表面激光熔覆自熔性鎳基碳化鎢粉末............. 11
3.1.1 實(shí)驗(yàn)方法..................... 11
3.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析........... 11
3.2 離焦量對 45 號鋼表面激光熔覆鎳基碳化鎢粉末實(shí)驗(yàn)影響............ 15
3.2.1 實(shí)驗(yàn)方法................... 15
3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析....................... 16
3.3 激光重熔對鎳基碳化鎢涂層性能的影響........... 19
3.3.1 實(shí)驗(yàn)方法.............. 20
3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論....... 20
3.4 本章小結(jié).............. 23
4 多道搭接激光熔覆自熔性鎳基碳化鎢涂層研究........................... 24
4.1 逆向工程在激光熔覆中的應(yīng)用................ 24
4.1.1 實(shí)驗(yàn)方法............................. 24
4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析......................... 25 
4.2 冷熱搭接對激光熔覆涂層組織及性能的影響......... 27
4.2.1 實(shí)驗(yàn)方法............... 27
4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析........................... 28
4.3 45 號鋼表面激光熔覆梯度涂層的組織及性能.................. 30
4.3.1 實(shí)驗(yàn)方法.................... 30
4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析....................... 31
4.4 本章小結(jié)................................. 33
5 45 號鋼模具磨破損區(qū)域激光熔覆................... 35
5.1 模具磨破損區(qū)域激光熔覆概述.......................... 35
5.2 線輪模具激光熔覆修復(fù)................ 35
5.2.1 實(shí)驗(yàn)對象...................... 35
5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法.................... 36
5.2.3 存在問題和處理方法............... 37
5.2.4 實(shí)驗(yàn)樣件結(jié)果驗(yàn)證............... 37
5.3 本章小結(jié)............ 38

5  45 號鋼模具磨破損區(qū)域激光熔覆

5.1 模具磨破損區(qū)域激光熔覆概述

零部件的修復(fù)中，金屬件的快速制造技術(shù)越來越完善，利用激光熔覆技術(shù)對金屬樣件的快速制造在全世界各國廣泛應(yīng)用，激光熔覆技術(shù)是使樣件表面得到強(qiáng)化的一種重要手段，磨破損樣件的修復(fù)日益獲得眾多的研究人員關(guān)注。采用激光熔覆可以針對磨損區(qū)域進(jìn)行局部修復(fù)；可以大幅度提高樣件表面的物理性能，延長零件的實(shí)用壽命，甚至可以將報(bào)廢的零部件修復(fù)后重新實(shí)用。工業(yè)的迅速發(fā)展，模具的修復(fù)技術(shù)和方法越來越廣泛，其中常用的修復(fù)技術(shù)主要包括：堆焊修復(fù)技術(shù)、熱噴涂、熱噴焊修復(fù)技術(shù)等，這些方法都可以在某種程度上延長模具或零部件的應(yīng)用壽命，但是它們都存在著一定的缺點(diǎn)，如工藝復(fù)雜、處理周期長、基體變形大等，激光熔覆技術(shù)是國內(nèi)外著重研究的一種較新的零件修復(fù)技術(shù)，一種有效地改善模具表面綜合性能的新方法新工藝，通過激光熔覆技術(shù)不僅可以彌補(bǔ)上述常用修復(fù)方法的不足，同時可以得到與被修復(fù)樣件表面冶金結(jié)合良好的致密熔覆層，使樣件再次得到使用，修復(fù)后的樣件表面強(qiáng)度更高[58]。

5.2 線輪模具激光熔覆修復(fù)

實(shí)驗(yàn)對象錦州瑞龍有限公司線輪模具，其材料為 45 號鋼，線輪模具由于長時間大批量生產(chǎn)需求，加之高溫度下磨損、腐蝕等原因，導(dǎo)致線輪模具的表面大面積損壞，如果繼續(xù)使用生產(chǎn)出來的線輪存在相應(yīng)的飛邊，甚至無法使用，無法滿足企業(yè)的需求，這樣既影響了生產(chǎn)效率，又無法滿足市場的需求，報(bào)廢線輪模具實(shí)物圖如圖 5.1 所示，

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6 結(jié)論與展望

本文的課題是《45 號鋼激光熔覆技術(shù)研究》，主要研究了單道激光熔覆、多道激光熔覆和 45 號鋼模具磨破損區(qū)域修復(fù)三個方面的內(nèi)容，在學(xué)校的機(jī)械學(xué)院激光實(shí)驗(yàn)室和材料學(xué)院金相實(shí)驗(yàn)室里做了大量的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)及理論分析得到如下的結(jié)論：單道試驗(yàn)中：（1）探究基礎(chǔ)工藝參數(shù)對熔覆層成形質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)中，采用激光熔覆技術(shù)成功在 45 號鋼表面熔覆自熔性鎳基碳化鎢涂層。涂層的平均洛氏硬度 HRC：58.5，約是基體洛氏硬度的 2.5 倍，通過金相組織觀察發(fā)現(xiàn)，晶粒由熔覆層底部的柱狀晶逐漸變成比較細(xì)小的等軸晶，涂層與基體間冶金結(jié)合較好；從熔覆層頂部到基體的顯微硬度呈階梯形分布，其相應(yīng)的最佳工藝參數(shù)：激光功率 P=1200w，掃描速度 v=2mm/s，送粉電壓U=7V；（2）探究離焦量對 45 號鋼表面激光熔覆鎳基碳化鎢粉的影響實(shí)驗(yàn)中，采用改變激光熔覆頭與基體間的距離（DH）進(jìn)而改變離焦量，當(dāng)離焦量 DL=3，4mm 時，表面比較光滑平整、粗糙程度相對較小，熔覆層表面硬度主要呈現(xiàn)先逐漸增大后趨于平衡，洛氏硬度 HRC 高達(dá) 60.5；通過金相組織觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)離焦量為 3mm 時冷卻速度最大、熔覆層底部由柱狀晶沿著熔體最易散熱方向生長明顯，在熔覆層上部形成了等軸晶組織，最佳離焦量為 DL=3mm。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：98659