Oppervlaktehersteltechnologie van gegoten rolmof door hogesnelheidslasercladding

Bij het gieten en walsen van aluminiumplaten is de gietrolhuls het belangrijkste werkende onderdeel. Tijdens gebruik wordt het oppervlak van de rolhuls onderworpen aan de interactie van hoge temperaturen en belasting, wat vaak de levensduur en de kwaliteit van aluminiumplaten beïnvloedt als gevolg van het vroegtijdig optreden van slijtageputten, scheuren en slijtage. De prijs van rolhulzen kan honderdduizenden yuans per set bereiken. Als het te vroeg mislukt, zal het zeker de productiekosten verhogen en is het niet bevorderlijk voor het verbeteren van de economische voordelen van productiebedrijven. Oppervlaktelassen is de traditionele reparatiemethode voor rolhulzen, maar de grote warmteoverdracht ervan leidt tot vervorming van de matrix en beïnvloedt het reparatie-effect. Om dit probleem op te lossen, hebben veel experts en wetenschappers de methode van lasercladding voorgesteld om de rolhuls te repareren. Als een hightech technologie voor oppervlaktemodificatie heeft lasercladding de kenmerken van hoge verwerkingsprecisie, kleine thermische vervormingsgraad en minder vervolgverwerkingshoeveelheid. Op kobalt gebaseerde legeringen worden veel gebruikt voor het lasercladden van oppervlakteversterking van staalmaterialen vanwege hun hoge temperatuursterkte, hardheid en thermische vermoeidheidsweerstand.

De hogesnelheidslasercladdingtechnologie heeft de kenmerken van een hoge cladefficiëntie, een hoge poederbenuttingsgraad en een ultralage verdunningssnelheid, en kan snel laserlegeringslagen voorbereiden op het oppervlak van grote roterende werkstukken in gelijke fase van gietrolhulzen. De oppervlakteruwheid van de bekledingslaag is laag, wat bevorderlijk is voor daaropvolgende verwerking, waardoor bekledingsmaterialen worden bespaard en de problemen van lage efficiëntie en hoge kosten van conventioneel laserbekleding worden overwonnen. De procesparameters hebben een grote invloed op de prestatie van de cladlaag. Het is het uitgangspunt en de sleutel om de prestaties van de gietrol te verbeteren om de hogesnelheidslaserbekledingslaag met uitstekende kwaliteit voor te bereiden door de procesparameters te optimaliseren.

Nadat de oppervlaktereparatiebekleding is voltooid, kan de oppervlakteruwheid van de gegoten rolhuls vaak niet voldoen aan de eisen van de werkelijke werkomstandigheden en moet deze opnieuw worden verwerkt door middel van een slijpmachine en andere processen. Daarom worden de dikte en oppervlakteruwheid van de bekledingslaag de belangrijkste indicatoren om de kwaliteit ervan te evalueren. In dit artikel werd 32Cr3Mo1V gegoten rolhulsstaal als matrix gebruikt. Ten eerste werd de invloed van verschillende procesparameters op de dikte en oppervlakteruwheid van kobaltgebaseerde coating door middel van ultrasnelle lasercladding besproken. Na het bepalen van het optimale bereik werden de optimale procesparameters geoptimaliseerd door middel van orthogonale ontwerptesten. De microstructuur en microhardheid van de bekleding, vervaardigd met behulp van de optimale parameters, werden geanalyseerd om een ​​experimentele en theoretische basis te verschaffen voor de verkenning van een nieuwe en efficiëntere technologie voor het oppervlakherstel en de versterking van de gegoten rolhuls.

Het basismateriaal van de test was 32Cr3Mo1V aluminiumgietwerk en walsgietrolhuls, en het bekledingsmateriaal was Co-06-legeringspoeder met een deeltjesgrootte van 15-53μm. De SEM-morfologie van het poeder wordt getoond in Figuur 1, en de samenstelling wordt getoond in Tabel 1. Vóór het coaten werd het poeder gedurende 120 minuten bij 120 graden in een droogoven gedroogd. De draaiende strepen en oxidelagen op het monsteroppervlak werden verwijderd door mechanisch slijpen en de olie werd gereinigd met alcohol.

                                                                                                        Afb.1SEMafbeeldingvanCo-06poeder

Wanneer het laservermogen 2500 W is en de bekledingssnelheid 15 m/min bedraagt, neemt de dikte van de ultrasnelle laserbekledingslaag toe met de toename van de poedertoevoersnelheid binnen een bepaald parameterbereik. Omdat de poederbenuttingsgraad bij het ultrasnelle lasercladproces meer dan 90% kan bedragen, kan het grootste deel van het cladpoeder volledig boven het werkstuk worden gesmolten en in vloeibare toestand in het gesmolten bad worden geïnjecteerd. Met de toename van de poedertoevoersnelheid wordt per tijdseenheid meer bekledingspoeder in het smeltbad geïnjecteerd en neemt de dikte van de bekledingslaag toe. Maar uit de test bleek ook dat wanneer de poedertoevoersnelheid wordt verhoogd tot het laservermogen en andere parameters niet overeenkomen, het niet voldoende is om het grootste deel van het bekledingspoeder volledig op de bovenkant van het werkstuk te laten smelten, en het ongesmolten of halfgesmolten bekledingspoeder zal de vormkwaliteit van de bekledingslaag ernstig beïnvloeden.

Wanneer het laservermogen 2800 W is en de poedertoevoersnelheid 30 g/min bedraagt, neemt de dikte van de bekledingslaag af met de toename van de bekledingssnelheid binnen een bepaald parameterbereik. De reden is dat de ultrasnelle lasercladcoating bestaat uit meerdere dunne lagen die in de dikterichting zijn gestapeld. Wanneer de overlapsnelheid constant is, bepaalt de dikte van de dunne laag direct de dikte van de bekledingslaag. Wanneer de bekledingssnelheid toeneemt, zal de hoeveelheid die in de vorm van druppels per tijdseenheid in het gesmolten bad wordt geïnjecteerd afnemen, waardoor de dikte van de enkele dunne coating en uiteindelijk de dikte van de bekledingslaag wordt verminderd.

Wanneer de poedertoevoersnelheid 15 g/min bedraagt ​​en de cladsnelheid 15 m/min, is er binnen een bepaald parameterbereik geen duidelijke correlatie tussen de dikte van de cladlaag en het laservermogen. Omdat lasercladding met ultrahoge snelheid slechts een ultradunne en minimale gesmolten poel op het oppervlak van het substraat produceert, is de verdunningssnelheid extreem laag, heeft het laservermogen weinig effect op het substraat en is de benuttingsgraad van ultrahoge snelheid lasercladpoeder is erg hoog, de hoeveelheid poeder die kan worden gesmolten door het laservermogen te vergroten is beperkt, dus het laservermogen heeft geen significant effect op de dikte van de ultrasnelle lasercladlaag.

Door observatie van de macroscopische oppervlaktetopografie van de bekledingslaag is gebleken dat binnen het bovenstaande parameterbereik de oppervlaktetopografie van de bekledingslaag alleen significant verandert wanneer de bekledingssnelheid verandert. Het is gebleken dat wanneer de bekledingssnelheid 75 m/min bedraagt, de oppervlaktevorm van de bekledingslaag slecht is en de ruwheid hoog is, terwijl wanneer de bekledingssnelheid 15 m/min of 25 m/min bedraagt, de oppervlaktevorm van de bekledingslaag slecht is en de ruwheid hoog is. bekledingslaag is beter en tegelijkertijd is de ruwheid laag.

1. In een bepaald bereik van parameters neemt de dikte van de bekledingslaag toe met de toename van de poedertoevoersnelheid, en neemt af met de toename van de bekledingssnelheid, en de dikte van de bekledingslaag heeft geen duidelijke correlatie met het laservermogen .

2. De geoptimaliseerde procesparameters zijn laservermogen 2500 W, scansnelheid 15 m/min en poedertoevoersnelheid 30 g/min. Onder deze procesparameters kan de bekledingslaag een hogere dikte en microhardheid verkrijgen.

3. De microstructuur van de ultrasnelle laserbekledingslaag is uniform en fijn, en er is een duidelijk fenomeen van boogdelaminering. De onderste en middelste gebieden van de bekledingslaag zijn meestal kolomvormige kristallen die loodrecht groeien op de smeltlijn van het grensvlak van de bekledingslaag/matrix of de overlappende smeltlijn, en de groeirichting is zeer consistent. Er is een lichte korrelvergroving in het gebied van de smeltlijn. De groeirichting van dendrieten in het bovenste gebied van de bekledingslaag is relatief ongeordend.

4. De microhardheid van de ultrasnelle laserbekledingslaag is aanzienlijk hoger dan die van het substraat, wat bevorderlijk is voor het verbeteren van de slijtvastheid van de gegoten rolhuls.