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激光堆焊技术“拯救” SUS403不锈钢的重要零件

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-26 0:21:56 * 浏览: 0
在工农业生产中,关键部件的性能对设备的长期稳定运行起着重要作用。磨损和腐蚀是机械关键零部件的两种主要失效形式,它们造成的损失非常大。根据美国国家材料政策委员会的研究报告:美国每年花费数千亿美元来弥补因摩擦和磨损而造成的零件损失。重大损失为200亿美元。在欧洲的英国,每年因摩擦和磨损造成的损失超过5亿磅。在1980年代,我们的调查发现,我国因腐蚀造成的损失超过400亿人民币。在1990年代,中国对经济和工业进行了全面调查。对生产中的摩擦和磨损造成的损失的分析表明,这种损失占国民生产总值的1.8%。众所周知,摩擦,磨损和腐蚀是零件表面材料损失的过程,而材料的其他一些失效机理也从表面开始。使用表面保护措施来延迟和控制表面损伤,这已成为解决上述问题的有效方法。在解决这些问题的同时,也促进了表面工程科学和表面技术的形成和发展。 SUS403不锈钢在高温下具有奥氏体组织,淬火后具有马氏体组织。它主要用于在相对恶劣的环境中使用的制造工具,发电机叶片,轴承和其他零件。由于尺寸薄和高温蒸汽的侵蚀,在高温下长时间工作的蒸汽发生器叶片的前缘容易出现故障(磨损和气蚀)。为了提高叶片故障部位的性能,通常使用银基钎焊或TIG焊接将Stellite 6合金带焊接到叶片的前缘。另外,已经进行了关于使用等离子体堆焊方法来尝试将Stellite 6合金粉末堆焊到叶片前缘的研究。然而,由于钎焊的结合强度低,TIG电弧和等离子弧分散了热源,并且堆焊后叶片的焊接变形大,导致难以形成焊缝且生产效率低,因此困难。以满足刀片的性能。要求。激光堆焊工艺的优点是可以形成具有复合功能结构,稀释率低,焊接变形小的堆焊层,并且通过快速加热容易获得高质量,耐磨的堆焊层和冷却堆焊过程。另外,通过优化激光加工参数(如散焦量,焊接速度和送粉量等),可以灵活控制堆焊层的稀释率以满足性能要求。因此,近年来,在制造领域中,激光表面堆焊技术得到快速发展。日本汽车工业已将激光堆焊技术应用于汽车发动机进气门和排气门以及阀座的生产,而日本核电工业已将激光堆焊技术应用于成套设备的阀门零件的生产。由于激光束的能量密度高且易于控制热量,因此特别适用于零件的精密堆焊和薄板的堆焊。 1试验方法1.1试验材料蒸汽发生器叶片。测试刀片的材料为SUS403不锈钢,化学成分为w(C)= 0.15%,w(Si)= 0.5%,w(Mn)= 1.0%,w(=)0.030%,w​​(P) )= 0.040%,w(Ni)= 0.60%,w(Cr)= 13%,余量为Fe。堆焊采用钴粉合金Stellite-6制成的合金粉末(尺寸:58mu,m〜212mu,m),其化学成分为w(C)= 1.1%,w(Cr)= 28.3%,w(Si) = 1.3%,w(W)= 4.3%,w(Ni)= 1.6%,w(Fe)= 2.0%,余量为Co. 1.2测试设备激光堆焊位置。热源使用额定功率为4kW的半导体激光器(德国LASERLINE制造的LDF-4000)。送粉器为TWIN10-SPG(SulzerMetco Ltd.制造)。使用Ar作为粉末将Stellite-6粉末运输到堆焊区送粉气体。通过改变送粉器的盘的转速来实现送粉速度的调节。圆盘旋转得越快,送入的粉末越多。 [9]本文采用侧面送粉方式,送粉喷嘴直径为2.0mm。刀片通过专用夹具固定在旋转机构上。在堆焊期间,通过堆焊头和旋转机构的组合运动来完成叶片的堆焊。 1.3工艺参数在激光堆焊期间,需要对叶片进行适当的预热和绝缘。激光输出功率为2.4kW,堆焊速度为1m / min,散焦量为+ 10mm,送粉量为16.6g / min,保护气体(Ar)流量为30L / min,送粉气体流量为4L / min覆盖层的重叠率为50%。另外,叶片在堆焊后需要立即进行适当的热处理。刀片上总共覆盖了两层。每层的尺寸为约122mm×13mm×1mm,第二层的尺寸为约112mm×12mm×1mm。 2实验结果通过对蒸汽发生器叶片激光堆焊层各项性能指标的分析,可以得出以下结论:1)在激光堆焊层与激光堆焊层的界面处可观察到蜂窝状晶体的生长和树枝状晶体的生长。第二层。在二次加热的影响下,在热影响区(HAZ)中可观察到等轴晶粒长大,依次出现熔合区,粗晶粒区,混合晶粒区和细晶粒区。 2)覆盖层的微观结构为亚共晶组织,其初晶相由富钴γ-奥氏体组成,共晶组织由富钴γ-奥氏体和复杂碳化物(Cr23C6,Co3W3C, CoCx和WC等)。 3)激光堆焊后,蒸汽发生器叶片的平均硬度增加了两倍,一方面是由于堆焊层中的碳化物硬相,另一方面是由于激光堆焊的快速加热和冷却速度,这使得表面层的结构优良,并且产生了优良的晶粒增强效果。 4)堆焊层含有大量复杂的碳化物硬质相,不仅提高了叶片的硬度,而且堆焊后叶片的耐磨性比基础材料的耐磨性提高了7倍。 (南京中科宇晶激光技术有限公司贡献)