高速动车组车轴的再制造可行性分析

通过对比分析电刷镀、热喷涂、堆焊以及激光熔覆四种再制造技术的特点和用于车轴再制造修复的现状,阐述了激光再制造技术作为新型制造技术的优势。从激光熔覆技术的设备和关键工艺、熔覆层的微观组织的特性、粉末材料的可开发性以及采用超声波消除残余应力手段等方面进行讨论和分析,说明激光熔覆技术用于高速动车组车轴的再制造是可行的。     

激光熔覆技术研究进展

激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好及工作环境无污染等优点。从激光熔覆喷头、激光熔覆工艺、激光熔覆材料、激光熔覆技术的工业应用这4个方面,综述了激光熔覆的研究进展。其中,在激光熔覆喷头方面,介绍了激光光斑的种类及转换原理和熔覆材料的引入方式,总结了激光束与粉束的耦合模式和熔覆喷头的种类,包括旁轴送粉熔覆喷头、光外同轴送粉喷头、光内同轴送粉喷头以及特殊工况下的熔覆喷头。在激光熔覆工艺方面,阐述了工艺参数对熔覆层宏观形貌和组织性能的影响,总结了激光熔覆复合工艺的辅助加工方法,论述了超高速激光熔覆新工艺的原理及技术优势,并介绍了激光熔覆过程控制的研究进展。在激光熔覆材料方面,阐述了熔覆材料的种类及增强相的添加方式。在激光熔覆技术的工业应用方面,介绍了激光熔覆技术在矿山机械、模具再制造以及铁路修复等领域的应用。最后对激光熔覆技术的发展趋势及应用前景做出了展望。     

等离子体熔覆技术在矿山机械上的应用

采用等离子熔覆技术在刮板输送机中部槽16Mn钢基体上熔覆NiCrSiB (20～30)％WC粉末，形成金属基复合材料熔覆层，该熔覆层硬度达1100HV左右，且无裂纹、气孔等缺陷，与基体形成冶金结合：借助金相显微镜、显微硬度计对熔覆层的组织及性能进行了分析。经熔覆处理，中部槽使用寿命提高3～5倍。     

激光熔覆技术在汽车冲压模具修复上的应用

激光熔覆技术是一种新的表面改性技术,激光熔覆技术在汽车覆盖件模具上可以实现快速的修复工作,延长模具的使用寿命。其熔覆效果相比传统方法人工堆焊要均匀,很好控制厚度,通过摸索可以实现在表面质量要求很高的拉伸模凸模的修复工作。以激光熔覆技术在翼子板拉伸凸模修复上的实际应用为例,从激光熔覆技术和设备的介绍、工艺要求、参数设定和Dcam软件编程等几个方面,论述激光熔覆技术在汽车冲压模具修复上的应用和使用价值。     

激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点.激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一,具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点,以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分,具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点,该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段.在我国,激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业.列举了激光再制造机械设备的典型案例,指出在我国开展重大装备的激光再制造,不仅具有广阔的市场前景,而且具有重大的经济效益和社会效益.     

激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点。激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一，具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点，以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分，具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点，该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段。在我国，激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业。列举了激光再制造机械设备的典型案例，指出在我国开展重大装备的激光再制造，不仅具有广阔的市场前景，而且具有重大的经济效益和社会效益。     

激光熔覆止裂技术研究

针对石化行业动设备关键轴类零件的磨损失效特点,采用激光熔覆技术对零件表面进行修复和强化.通过对熔覆粉末材料配方选择和熔覆工艺参数的优化,技术上保证了激光熔覆层的质量,提高了零件的使用性能,延长了其使用寿命.在实际生产中,应用激光熔覆修复技术取得了较好的经济效益.     

发动机排气门等离子熔覆再制造

介绍了粉末等离子熔覆再制造系统.选择ST6合金粉末为熔覆材料,对失效发动机排气门进行再制造等离子熔覆试验,并通过OM和EDS对熔覆组织的显微形貌进行观察与分析.结果表明,熔覆层组织由Co中固溶Ni、Cr形成的奥氏体基体和基体上弥散分布的碳化物硬质相及其共晶组织组成,熔覆层平均硬度达552.8 HV0.1,性能检测表明采用粉末等离子熔覆技术熔覆ST6合金粉末完全能够达到排气门再制造的要求.     

轴类部件表面镍基合金激光熔覆 修复层力学性能研究

核电设备用轴类部件经常由于磨损或腐蚀导致性能退化,从而影响到设备和电站的安全运行。利用激光熔敷技术修复受损部件,使其达到或超过原来的服役性能要求,可为电厂节省大量维修和采购成本。针对材质为410马氏体不锈钢的电机转轴,选用镍基合金C276粉末对轴表面缺陷进行激光熔覆修复,并取样进行硬度和抗拉强度测试,以评估熔覆修复层的力学性能。结果表明,C276熔覆修复层在室温下硬度较410不锈钢提高约20%,抗拉强度提高约7%,但塑韧性有所下降。     

基于激光熔覆的车床主轴再制造

随着我国可持续发展重大战略的推进,蕴含着高附加值的损伤、退役机床再制造研究越来越受到重视,作为机床的核心部件之一,损伤主轴再制造成为机床再制造的关键。使用Nd∶YAG固体激光熔覆设备及FeCr合金粉料对损伤45钢主轴进行修复再制造研究,使用扫描电镜观察了熔覆层组织结构,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验分析了熔覆层硬度及耐磨性,使用磨床对主轴熔覆层进行精密磨削加工。结果表明所得熔覆层无气孔裂纹等缺陷,其硬度达547 HV0.1,相同负载条件下熔覆层耐磨性为基体材料的3.7倍;磨削加工后再制造主轴完全恢复至设计尺寸,经过相同服役时间后再制造主轴磨损量小于新品主轴磨损量,说明了车床主轴激光熔覆再制造的可行性及有效性。     

电磁场辅助激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术在装备制造、石油化工等领域有着广泛应用,但熔覆层裂纹、气孔和夹杂、溶质元素分布不均匀及表面起伏等问题严重制约了其应用。因而,提高熔覆层质量,特别是减少高硬材料熔覆层裂纹,对发展激光增材制造和再制造技术具有重要意义。电磁场辅助激光熔覆技术具有组合形式多样、工艺可控性强、作用效果显著等特点,通过在激光熔覆过程中施加电磁场,利用电磁力对熔池的搅拌作用改变传质传热过程,可以实现提高熔覆层质量、细化微观组织、改善性能的目的。在介绍电磁场辅助激光熔覆技术的应用背景及技术特点的基础上,系统总结了国内外关于电磁场辅助激光熔覆技术相关研究的最新进展。梳理概括了电磁场对激光熔覆过程的影响机制,讨论了电磁场对熔体运动行为和凝固过程的影响机理。电磁场对熔体运动行为的影响主要体现在电磁搅拌效应、电磁制动效应、热电磁流体效应、电迁移效应、趋肤效应等方面;对熔体凝固过程的影响主要体现在晶粒破碎作用、原子团起伏效应、焦耳热效应等方面。同时,详细分析了不同电磁场形式(单一磁场、单一电场及电磁复合场)对激光熔覆涂层组织和性能的影响,并对比分析了不同电磁场形式的优缺点和差异性。归纳了现阶段应用于电磁场辅助激光熔覆的涂层材料体系,包括铁基涂层、镍基涂层、钴基涂层及复合涂层,重点讨论了电磁场对各类涂层组织成分均匀化和析出相及强化相分布规律影响的内在机理。同时结合电–磁–超声多场耦合辅助激光熔覆技术的最新成果,阐述了电磁场和超声场的耦合作用对激光熔覆涂层的影响。最后对现阶段电磁场辅助激光熔覆技术存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

基于焊接的多道单层再制造熔覆层组织及性能

以基于焊接的多道单层再制造熔覆层为研究对象,研究了其横截面宏观、微观组织形貌,重点分析中间道熔覆金属微观组织特点,并对熔覆层横截面整体显微硬度和道间显微硬度进行测试,对熔覆层进行不同方向拉伸试验.结果表明,多道单层再制造熔覆层除最后一道外,每道都可分为重熔区、半熔化区、完全重结晶区及不完全重结晶区;熔覆层整体硬度两侧高...     

激光熔覆层宽度对汽轮机转子表面综合跳动特性的影响

为解决大型汽轮机转子轴轴颈磨损的修复问题,基于同轴送粉半导体激光熔覆再制造系统,采用激光熔覆再制造方法,以汽轮机转子轴材料为基体,利用激光熔覆再制造专用粉末作为实验材料,针对不同激光熔覆层宽度对汽轮机转子综合跳动的影响进行实验研究与机理模拟验证。结果表明,综合跳动特性与探头直径和激光熔覆层宽度相关,激光熔覆层宽度决定了汽轮机转子表面磁力线、电涡流密度与磁通量密度分布。当激光再制造层宽度小于8mm时,由于磁力线与表面电涡流密度受基体的干扰,磁通量密度在激光熔覆层的边缘出现突变,实际综合跳动的测量值为基体与激光熔覆层综合作用的结果,造成测量结果偏大。根据数值模拟计算被测金属体表面磁通量密度分布结果,激光熔覆层宽度的临界值为9.82mm。     

激光熔覆自润滑复合涂层研究进展及发展趋势

结合激光熔覆自润滑涂层实例,从材料设计、制备工艺、性能优化等方面综述了激光熔覆自润滑涂层的研究现状、存在的问题及发展方向。总结了常用固体润滑材料的摩擦学性能特点,并就如何选择自润滑材料、包覆技术和宽温域润滑的研究进展进行了简要阐述。讨论了激光熔覆制备自润滑复合涂层中软质润滑相和硬质耐磨相之间的关系,以及熔覆材料成分对涂层摩擦学性能的影响。简要分析了裂纹成因及控制涂层质量的常用手段,重点探讨了激光工艺参数对涂层中润滑相体积分数和分布状态的影响,并总结了激光熔覆自润滑涂层在工程中的应用,以期为激光熔覆技术的发展提供参考。目前激光熔覆自润滑涂层的应用已初具规模,但在润滑剂的失效与防护、新材料的研究与应用、制备工艺的优化以及针对特殊环境下的摩擦磨损实验研究等方面仍存在较大发展空间。     

高硼铁基耐磨熔覆层研究进展

高硼铁基合金是一种原位生成硼化物硬质相的铁基耐磨材料,具有高硬度、良好的高温稳定性以及低成本的优势,近年来受到了广泛的研究,国内外大量研究通过对硼化物形态进行调控,以达到抑制裂纹以及提高耐磨性能的目的。从材料体系和熔覆层制备技术2大方面系统地综述了高硼铁基耐磨熔覆层近年来的研究进展。首先重点介绍了Fe–B–C、Fe–B–Cr–C、Fe–B–Cr–Mo–C等3种常见的高硼铁基材料体系,详细阐述了各体系合金成分与原位生成硼化物硬质相类型、形态、分布间的相互作用规律,并给出各体系硼化物随成分含量变化的显微形貌图。归纳总结了成分设计及热处理工艺对合金组织演变及耐磨性能的影响,并分析了其他元素对高硼铁基合金组织性能的影响。其次,介绍了高硼铁基耐磨熔覆层制备技术,包括等离子熔覆、激光熔覆、电子束熔覆与氩弧熔覆,分析了如复合热源和外加磁场等可行的熔覆技术改进方法,并讨论了制备工艺对熔覆层的影响。最后对高硼铁基材料未来的研究及应用方向进行了展望。     

U71Mn轨道表面激光再制造FeCrNiB覆层工艺与组织性能

针对U71Mn轨道表面磨损及激光再制造的表面耐磨性不足、气孔缺陷易发等再制造难点,提出并验证了脉冲激光熔覆制备轨道表面FeCrNiB覆层的工艺与方法。试验结果表明：熔覆层顶部主要分布细小致密的等轴晶、中部交错存在较多的树枝晶,树枝晶晶粒具备长大条件已存在初次晶臂和二次晶臂,覆层低部呈现出的胞状晶组织,大致垂直于界面;熔覆层中Cr₇C₃硬质相和纳米级极细粒状和片状珠光体组织的存在,使熔覆层具有较高硬度及耐磨性,熔覆层的平均硬度由310 HV_0.2提升至750HV_0.2;在同等的摩擦磨损条件下,熔覆层的耐磨性提高了5倍;对接试样的抗拉强度略小于基体抗拉强度,但仍能满足钢轨使用要求。     

高能束熔覆制备耐磨涂层技术研究现状与展望

耐磨涂层是指在材料基体表面涂覆具有高耐磨性的薄层,在保证涂层与基体之间具有足够的结合强度的同时,使基材表面达到耐磨的目的.高能束熔覆技术是一种高效、可靠的表面处理技术,在耐磨涂层的制备方面具有广阔的应用前景.从高能束熔覆技术、高能束熔覆制备耐磨涂层、耐磨涂层强化机制、耐磨涂层质量调控等四个方面,介绍了高能束熔覆制备耐磨涂层技术的研究现状.其中,在高能束熔覆技术方面,概述了以激光熔覆、等离子熔覆为代表的高能束熔覆的工作原理及特点.在高能束熔覆制备耐磨涂层研究方面,综述了Ni、Co、Fe基自熔性合金涂层及金属基复合涂层、梯度功能材料涂层的特点.在耐磨涂层强化机制方面,分析了涂层的磨损机理,同时讨论了添加硬质颗粒和元素对耐磨涂层性能的影响.在耐磨涂层质量调控方面,阐述了熔覆过程中工艺优化和数值模拟仿真对改善高能束熔覆技术成形工艺的作用.最后,总结了高能束熔覆技术在耐磨涂层制备上存在的问题,并提出了展望.