【摘要】：激光熔覆技術(shù)是可以提升待熔覆材料的性能并可以延長所加工零件可用壽命的先進表面改善技術(shù)。為將礦井應(yīng)用能夠更加滿足生產(chǎn)需求,實現(xiàn)煤機設(shè)備如液壓支柱等零件的再制造從而達到在較低成本條件下實現(xiàn)較高效率的目的,應(yīng)充分利用較先進激光器如半導(dǎo)體激光器的優(yōu)勢,為激光熔覆再制造保駕護航。另一方面,由于煤機設(shè)備所處環(huán)境的影響使其失效率較大從而造成使用壽命的大幅度縮減,根據(jù)統(tǒng)計每年失效的液壓支柱數(shù)量高達幾十萬,這也為激光熔覆修復(fù)提供了市場前景。用于制作煤礦液壓支架的常用材料包括20鋼、45鋼等。本文選取45鋼和20鋼為基體材料,分別在基體上熔覆不同含鉻量的Ni/Cr涂層、鐵基合金粉末涂層以及316L不銹鋼涂層,試驗采用配有同軸送粉裝置的高功率半導(dǎo)體激光器(LDF 4000-100),分析了不同工藝參數(shù)對熔覆效果的影響,通過試驗對比研究選取最佳工藝參數(shù),為激光熔覆用于修復(fù)煤機設(shè)備的實際應(yīng)用提供參考。采用合適的激光功率和掃描速度,可以在中碳鋼和低碳鋼表面制備表面平整且與基體呈冶金結(jié)合的Ni/Cr熔覆層、鐵基合金熔覆層以及316L熔覆層。涂層由外向內(nèi)根據(jù)組織不同和性能的差異可分為熔覆區(qū)、合金化區(qū)、熱影響區(qū);從熔覆表面到垂直于所熔覆的基體方向晶體結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。本次試驗的最佳工藝參數(shù)為:在45鋼基體上熔覆Ni+Cr熔覆層時,30%含量的Cr粉末,激光功率為2600W,掃描速度為7mm/s;在45鋼基體上熔覆鐵基粉末涂層時,激光功率為2100W,12mm/s;采用2100W,12mm/s的工藝參數(shù)及50%搭接率在20鋼管上激光熔覆316L不銹鋼涂層達到了良好的效果和工業(yè)參考價值。試驗發(fā)現(xiàn)熔覆層的硬度從整體上相對于基體有很大提高,試驗中發(fā)現(xiàn)不同材料熔覆層的維氏硬度平均分別可達到基體的3-4倍左右,且硬度變化與不同的參數(shù)尤其是激光掃描速度及激光功率有密切的聯(lián)系;熔覆層的硬度受Cr含量的影響;熔覆層硬度的改善同時也和晶粒結(jié)構(gòu),固溶強化以及彌散強化有關(guān)。熔覆層耐蝕性主要受晶粒結(jié)構(gòu)和強化相等的影響。由于晶粒結(jié)構(gòu)的致密和強化相的產(chǎn)生使熔覆層耐蝕性相對基體有很大提升,根據(jù)物相分析熔覆層中含有Cr的氧化物以及硬化相等的存在,能夠顯著改善熔覆層的耐蝕性。采用失重法對比計算分析熔覆層和基體的耐磨性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)熔覆層的失重率顯著低于基體,造成這種現(xiàn)象的原因是316L熔覆層具有較高的硬度、細(xì)小的晶粒組成及所含的具有良好耐磨性的Mo元素等的綜合影響。選取最佳工藝參數(shù)和50%搭接率在液壓支架20鋼管上多道熔覆316L不銹鋼,觀察搭接區(qū)和非搭接區(qū)不同的顯微結(jié)構(gòu),搭接區(qū)的顯微結(jié)構(gòu)多為不同方向的枝晶和細(xì)小的胞晶,這與單道熔覆時規(guī)律變化的組織結(jié)構(gòu)有所不同;熔覆層硬度也相對基體鋼管有很大提升,從而為激光熔覆修復(fù)液壓設(shè)備提供參考價值和研究意義。
【圖文】：

圖 1.1 液壓支架外觀圖Figure 1.1 Appearance diagram of hydraulic support技術(shù)簡介覆技術(shù)原理技術(shù)是指在被熔覆部件表面上采用提前放置或同步送粉的末材料，經(jīng)過激光束的照射使之和被熔覆零件表面的粉后形成高性能熔覆層，以此顯著改善基體材料表面工藝特工業(yè)等的表面強化和修復(fù)手段。的原理與激光燒結(jié)的類似，即先將事先設(shè)計好的激光頭移動把控制激光頭與工作臺各個方向的運動。圖 1.2是帶有同步的成型過程，在進行熔覆時，圖中激光頭按照所導(dǎo)入計算機

圖 1.2 激光熔覆過程原理示意圖Figure 1.2 Schematic of the principle of laser cladding process熔覆技術(shù)分類覆過程中粉末的添置方式可以將該工藝分為三類：預(yù)置式，送粉式和是將配置好的粉末通過粘結(jié)劑或酒精等攪拌均勻后預(yù)先涂覆在待加工干后在激光束作用下實現(xiàn)快熔快凝的過程。是將料斗中粉末通過送粉裝置送達待加工部件表面。在由于此種方式加工零件表面的同步加熱，，因此降低熔覆層中的氣孔和開裂等缺陷發(fā)由于激光束在粉末表層的漫反射可以大大增加材料對激光能量的吸收是將涂覆工藝與激光作用綜合利用以達到獲得所需涂層的方法。如將
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD355.3;TG174.4

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本文編號：2640587