Tehnologija popravka površine lijevanog kotrljajućeg rukavca laserskim oblaganjem velike brzine

U proizvodnji lijevanja i valjanja aluminijskih limova, rukavac valjka za lijevanje je glavni radni dio. Tijekom rada, površina rukavca valjka podvrgnuta je međudjelovanju visoke temperature i opterećenja, što često utječe na životni vijek i kvalitetu aluminijske ploče zbog rane pojave habanja, pukotina i trošenja. Cijena rukava s valjkom može doseći stotine tisuća juana po kompletu. Ako ne uspije prerano, sigurno će povećati troškove proizvodnje i neće pogodovati poboljšanju ekonomskih koristi proizvodnih poduzeća. Zavarivanje površine je tradicionalna metoda popravka čahure, ali njegov veliki prijenos topline dovodi do deformacije matrice i utječe na učinak popravka. Kako bi riješili ovaj problem, mnogi stručnjaci i znanstvenici iznijeli su metodu laserskog oblaganja za popravak rukavca valjka. Kao visokotehnološka tehnologija površinske modifikacije, lasersko oblaganje ima karakteristike visoke preciznosti obrade, malog stupnja toplinske deformacije i manje količine naknadne obrade. Legure na bazi kobalta naširoko se koriste za lasersko oblaganje površinskog ojačanja čeličnih materijala zbog svoje visokotemperaturne čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na toplinski zamor.

Tehnologija laserskog oblaganja velike brzine ima značajke visoke učinkovitosti oblaganja, visoke stope iskorištenja praha i ultraniske stope razrjeđivanja, te može brzo pripremiti slojeve laserske legure na površini velikih rotirajućih izradaka u jednakoj fazi lijevanih rukavaca valjka. Površinska hrapavost sloja obloge je niska, što pogoduje naknadnoj obradi, uštedi materijala za oblaganje i prevladavanju problema niske učinkovitosti i visoke cijene konvencionalnog laserskog oblaganja. Procesni parametri imaju velik utjecaj na performanse sloja obloge. To je pretpostavka i ključ za poboljšanje performansi valjka za lijevanje kako bi se pripremio sloj laserskog oblaganja velike brzine uz izvrsnu kvalitetu optimiziranjem parametara procesa.

Nakon što je obloga za popravak površine dovršena, hrapavost površine lijevanog valjkastog rukavca često ne može zadovoljiti zahtjeve stvarnih radnih uvjeta i potrebno ju je ponovno obraditi strojem za brušenje i drugim postupcima. Stoga debljina i hrapavost površine sloja obloge postaju ključni pokazatelji za ocjenu njegove kvalitete. U ovom radu, 32Cr3Mo1V čelik za lijevane valjane rukavce korišten je kao matrica. Najprije se raspravljalo o utjecaju različitih procesnih parametara na debljinu i površinsku hrapavost premaza na bazi kobalta ultrabrzim laserskim nanošenjem. Nakon utvrđivanja optimalnog raspona, optimalni procesni parametri optimizirani su projektnim ortogonalnim testom. Analizirana je mikrostruktura i mikrotvrdoća obloge pripremljene korištenjem optimalnih parametara, kako bi se pružila neka eksperimentalna i teorijska osnova za istraživanje nove i učinkovitije tehnologije za površinski popravak i ojačanje rukavca od lijevanog valjka.

Osnovni materijal ispitivanja bio je 32Cr3Mo1V aluminijski lijev i rukavac valjaka za lijevanje u valjaonici, a materijal za oblaganje bio je prah legure Co-06 s veličinom čestica od 15-53 μm. SEM morfologija praha prikazana je na slici 1, a sastav je prikazan u tablici 1. Prije premazivanja, prah je sušen u pećnici za sušenje na 120 stupnjeva 120 minuta. Prekretne crte i oksidni slojevi na površini uzorka uklonjeni su mehaničkim brušenjem, a ulje je očišćeno alkoholom.

                                                                                                        Slika 1SEM slika Co-06praha

Kada je snaga lasera 2500 W i brzina oblaganja 15 m/min, debljina sloja oblaganja laserom ultra velike brzine povećava se s povećanjem brzine dodavanja praha unutar određenog raspona parametara. Budući da stopa iskorištenja praha može premašiti 90% u procesu ultrabrzog laserskog oblaganja, većina praha za oblaganje može se u potpunosti rastopiti iznad izratka i ubrizgati u rastaljeni bazen u tekućem stanju. S povećanjem brzine dodavanja praha, više praha za oblaganje se ubrizgava u bazen taline u jedinici vremena, a debljina sloja za oblaganje se povećava. Ali ispitivanje je također pokazalo da kada se brzina dodavanja praha poveća na snagu lasera, a drugi parametri se ne podudaraju, to nije dovoljno da se većina praha za oblaganje može potpuno otopiti na vrhu izratka, a neotopljeni ili poluotopljeni prah za oblaganje ozbiljno će utjecati na kvalitetu oblikovanja sloja za oblaganje.

Kada je snaga lasera 2800 W i brzina dodavanja praha 30 g/min, debljina sloja obloge se smanjuje s povećanjem brzine obloge unutar određenog raspona parametara. Razlog je taj što se ultra-brzi laserski sloj obloge sastoji od više tankih slojeva naslaganih u smjeru debljine. Kada je stopa preklapanja konstantna, debljina tankog sloja izravno određuje debljinu sloja obloge. Kada se brzina oblaganja poveća, količina ubrizgana u rastaljeni bazen u obliku kapljica po jedinici vremena smanjit će se, čime se smanjuje debljina pojedinačnog tankog premaza, a na kraju i debljina sloja omotača.

Kada je brzina dodavanja praha 15 g/min i brzina oblaganja 15 m/min, ne postoji očita korelacija između debljine sloja oblaganja i snage lasera unutar određenog raspona parametara. Budući da ultra-brzo lasersko oblaganje proizvodi samo ultratanku i minimalnu otopinu na površini supstrata, stopa razrjeđivanja je izuzetno niska, brzina laserske snage ima mali učinak na supstrat, a stopa iskorištenja ultra-brzine prah za lasersko oblaganje je vrlo visok, količina praha koja se može rastopiti povećanjem snage lasera je ograničena, tako da snaga lasera nema značajan utjecaj na debljinu sloja za oblaganje ultra-brzog lasera.

Promatranjem makroskopske topografije površine sloja obloge, utvrđeno je da se unutar gornjeg raspona parametara topografija površine sloja obloge značajno mijenja samo kada se mijenja brzina oblaganja. Utvrđeno je da kada brzina oblaganja dosegne 75 m/min, oblik površine sloja obloge je loš, a hrapavost velika, dok kada je brzina oblaganja 15 m/min ili 25 m/min, oblik površine sloj obloge je bolji, a hrapavost je u isto vrijeme niska.

1. U određenom rasponu parametara, debljina sloja obloge raste s povećanjem brzine dodavanja praha, a smanjuje se s povećanjem brzine obloge, a debljina sloja obloge nema očitu korelaciju sa snagom lasera. .

2. Optimizirani procesni parametri su snaga lasera 2500 W, brzina skeniranja 15 m/min i brzina dodavanja praha 30 g/min. Pod ovim procesnim parametrima, sloj obloge može dobiti veću debljinu i mikrotvrdoću.

3. Mikrostruktura ultra-brzog laserskog sloja obloge je ujednačena i fina, a postoji očit fenomen raslojavanja luka. Donja i srednja regija sloja obloge uglavnom su stupčasti kristali koji rastu okomito na liniju spajanja sloja obloge/matrice ili liniju spajanja preklopa, a smjer rasta je vrlo konzistentan. Postoji lagano ogrubljivanje zrna u području linije spajanja. Smjer rasta dendrita u gornjem dijelu omotača je relativno neuredan.

4. Mikrotvrdoća ultra-brzog laserskog sloja presvlake znatno je veća od one supstrata, što je pogodno za poboljšanje otpornosti na habanje rukavca od lijevanog valjka.