Tehnologija površinskega popravljanja litega valjčnega tulca z visokohitrostnim laserskim oplaščenjem

Pri litju in valjanju aluminijaste pločevine je tulec valja za ulivanje glavni delovni del. Med obratovanjem je površina tulca valja izpostavljena medsebojnemu delovanju visoke temperature in obremenitve, kar pogosto vpliva na življenjsko dobo in kakovost aluminijaste plošče zaradi zgodnjega pojava obrabnih jam, razpok in obrabe. Cena valjčnega tulca lahko doseže več sto tisoč juanov na komplet. Če odpove prezgodaj, bo zagotovo povečal proizvodne stroške in ne prispeva k izboljšanju gospodarskih koristi proizvodnih podjetij. Varjenje z navarjanjem je tradicionalna metoda popravila valjastega tulca, vendar njegov velik prenos toplote povzroči deformacijo matrice in vpliva na učinek popravila. Da bi rešili ta problem, so številni strokovnjaki in učenjaki predlagali metodo laserskega oplaščenja za popravilo tulca valja. Kot visokotehnološka tehnologija za spreminjanje površine ima lasersko oplaščenje značilnosti visoke natančnosti obdelave, majhne stopnje toplotne deformacije in manjše količine naknadne obdelave. Zlitine na osnovi kobalta se zaradi svoje visokotemperaturne trdnosti, trdote in odpornosti proti toplotni utrujenosti pogosto uporabljajo za lasersko oplaščenje površinskega utrjevanja jeklenih materialov.

Visokohitrostna laserska tehnologija oplaščenja ima značilnosti visoke učinkovitosti oblaganja, visoke stopnje izkoristka prahu in ultra nizke stopnje redčenja ter lahko hitro pripravi plasti laserskega zlitina na površini velikih vrtljivih obdelovancev v enaki fazi ulivanja valjčnih tulcev. Površinska hrapavost sloja obloge je nizka, kar je ugodno za kasnejšo obdelavo, prihranek materialov za oblogo in premagovanje težav nizke učinkovitosti in visokih stroškov običajnega laserskega obloge. Procesni parametri imajo velik vpliv na delovanje obloge. To je predpostavka in ključ za izboljšanje zmogljivosti livarskega valja za pripravo visoke hitrosti laserskega plaščnega sloja z odlično kakovostjo z optimizacijo procesnih parametrov.

Ko je obloga za popravilo površine končana, površinska hrapavost tulca iz litega valja pogosto ne more izpolniti zahtev dejanskih delovnih pogojev in jo je treba ponovno obdelati z brusilnim strojem in drugimi postopki. Zato debelina in površinska hrapavost obloge postaneta ključni indeksi za oceno njene kakovosti. V tem prispevku je bilo kot matriko uporabljeno lito valjano valjano jeklo 32Cr3Mo1V. Najprej je bil obravnavan vpliv različnih procesnih parametrov na debelino in površinsko hrapavost prevleke na osnovi kobalta z laserskim oplaščanjem z ultra visoko hitrostjo. Po določitvi optimalnega območja so bili optimalni procesni parametri optimizirani z ortogonalnim testom načrtovanja. Analizirali smo mikrostrukturo in mikrotrdoto oplaščenja, pripravljenega z uporabo optimalnih parametrov, da bi zagotovili nekaj eksperimentalnih in teoretičnih osnov za raziskovanje nove in učinkovitejše tehnologije za površinsko popravilo in utrjevanje litega valjčnega tulca.

Osnovni material preskusa je bil 32Cr3Mo1V aluminijev ulitek in valjčni tulec za ulivanje v valjarni, material za oblogo pa je bil prah zlitine Co-06 z velikostjo delcev 15-53 μm. SEM morfologija praška je bila prikazana na sliki 1, sestava pa je bila prikazana v tabeli 1. Pred nanosom smo prašek sušili v sušilniku pri 120 stopinjah 120 minut. Z mehanskim brušenjem smo odstranili zavoje in oksidne plasti na površini preizkušanca, olje pa očistili z alkoholom.

                                                                                                        Slika 1SEM slika Co-06praška

Ko je moč laserja 2500 W in hitrost oblaganja 15 m/min, se debelina sloja oplaščenja z laserjem ultra visoke hitrosti poveča s povečanjem hitrosti dovajanja prahu v določenem območju parametrov. Ker lahko stopnja izkoristka prahu preseže 90 % v ultrahitrostnem postopku laserskega oplaščanja, se lahko večina praška za oplaščenje v celoti stopi nad obdelovancem in v tekočem stanju vbrizga v bazen staline. S povečanjem hitrosti dovajanja prahu se v časovno enoto v bazen taline vbrizga več prahu za oblogo, debelina plasti obloge pa se poveča. Toda preskus je tudi ugotovil, da ko se hitrost dovajanja prahu poveča na moč laserja in se drugi parametri ne ujemajo, to ni dovolj, da bi se lahko večina praška za oplaščenje popolnoma stopila na vrhu obdelovanca, nestaljeni oz. delno stopljeni prašek za oblogo bo resno vplival na kakovost oblikovanja plasti obloge.

Ko je moč laserja 2800 W in hitrost dovajanja prahu 30 g/min, se debelina plasti obloge zmanjšuje s povečanjem hitrosti obloge v določenem območju parametrov. Razlog je v tem, da je ultrahitra laserska obloga sestavljena iz več tankih plasti, ki so zložene v smeri debeline. Ko je stopnja prekrivanja konstantna, debelina tanke plasti neposredno določa debelino obloge. Ko se stopnja oplaščenja poveča, se količina, vbrizgana v staljeni bazen v obliki kapljic na časovno enoto, zmanjša, s čimer se zmanjša debelina ene same tanke prevleke in na koncu tudi debelina prevleke.

Ko je hitrost dovajanja prahu 15 g/min in hitrost oblaganja 15 m/min, ni očitne korelacije med debelino prevleke in močjo laserja v določenem območju parametrov. Ker ultravisoka laserska obloga ustvari le ultratanek in minimalen staljeni bazen na površini substrata, je stopnja redčenja izjemno nizka, stopnja laserske moči ima majhen učinek na substrat in stopnja izkoriščenosti ultra visoke hitrosti prahu za lasersko oplaščenje je zelo veliko, količina prahu, ki ga je mogoče stopiti s povečanjem moči laserja, je omejena, zato moč laserja nima bistvenega vpliva na debelino plasti za ultrahitro lasersko oplaščenje.

Z opazovanjem makroskopske površinske topografije ovojnega sloja je bilo ugotovljeno, da se znotraj zgornjega območja parametrov površinska topografija ovojnega sloja bistveno spremeni šele, ko se spremeni hitrost obloge. Ugotovljeno je bilo, da ko hitrost oblaganja doseže 75 m/min, je oblika površine prevleke slaba in je hrapavost visoka, medtem ko je hitrost oblaganja 15 m/min ali 25 m/min oblika površine prevleke. plast obloge je boljša, hrapavost pa je hkrati nizka.

1. V določenem obsegu parametrov se debelina plasti obloge poveča s povečanjem hitrosti dovajanja prahu in zmanjša s povečanjem hitrosti obloge, debelina plasti obloge pa nima očitne korelacije z močjo laserja. .

2. Optimizirani procesni parametri so moč laserja 2500 W, hitrost skeniranja 15 m/min in hitrost podajanja prahu 30 g/min. Pod temi procesnimi parametri lahko obloga doseže večjo debelino in mikrotrdoto.

3. Mikrostruktura plasti ultrahitre laserske obloge je enakomerna in fina, očiten pa je pojav razslojevanja loka. Spodnja in srednja področja ovojnega sloja so večinoma stebričasti kristali, ki rastejo pravokotno na fuzijsko črto vmesnika ovojnega sloja/matrike ali prekrivno fuzijsko črto, smer rasti pa je zelo dosledna. V predelu talilne črte je rahlo zgrobljenje. Smer rasti dendritov v zgornjem delu ovojne plasti je relativno neurejena.

4. Mikrotrdota ultrahitrostnega laserskega plaščnega sloja je znatno višja kot pri substratu, kar prispeva k izboljšanju odpornosti proti obrabi litega tulca v zvitku.