采煤机框架激光修复工艺及组织性能研究

发布时间：2018-11-27 16:45

【摘要】：随着煤矿生产条件的不断恶化,采煤机各零部件将在异常复杂苛刻的工况下工作,并因受磨损、腐蚀或磨蚀作用而加速报废,其中磨损失效最严重。采煤机框架用ZG30Mn2(低合金耐磨铸钢)内部存在诸多铸造缺陷将加速其失效过程,为提高采煤机框架的使用寿命,需对其易损部位进行修复强化处理。堆焊和热喷涂技术是提高机械零部件表面性能的重要途径之一；而激光熔覆技术则可获得更高性能(如耐磨、耐蚀、抗氧化、抗冲蚀磨损等)的熔覆层,工程应用前景广阔。本文研究了ZG30Mn2激光修复工艺及组织性能,观察比较了不同合金系的成形、组织、性能,分了析熔覆层组织的显微结构、晶体生长方式、合金成分对熔覆层质量的影响、熔覆层裂纹产生机理及防止措施,针对优选合金材料,提出优化后的激光工艺参数,为采煤机框架的激光修复提供理论与实验基础。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察熔覆层组织,采用能谱分析仪进行点成分分析,结合显微硬度计对熔覆层及基材热影响区进行硬度测定。根据熔覆合金成形、气孔及裂纹工艺试验和激光工艺参数优化试验的结果,Fe308.Fe313.Fe45.Ni26.Ni35等合金与ZG30Mn2能实现良好的冶金结合,P=2.5～4.0kW,v=2.5mm/s～ 4.5mm/s; Fe55、Fe60、Ni55、Ni60等合金与ZG30Mn2结合效果一般且熔覆层裂纹倾向大,P=3.0～3.8kW,v=2.5mm/s～3.5mm/s; Fe316合金、Co基合金与ZG30Mn2结合性差,为保熔覆层与基材的紧密结合并满足工况要求,需选择合适的激光熔覆工艺参数和合金过渡层,并调整熔覆材料成分；含WC的熔覆层硬度提升,裂纹倾向也显著增加,需提高激光功率P,降低扫描速度v,并配合预热处理；各合金系熔覆层的硬度值在320HV-600HV之间,均能满足采煤机框架有关耐磨性的要求。激光熔覆合金熔凝冷过程快,液态金属中析出大量晶核,在液固界面很窄的区域内形成一层平面晶；在优先生长位向下,沿垂直于结合界面长成胞状晶；胞状晶生长不及,又生成大量的树枝晶,并形成了初晶相具有一定方向性的胞状晶和树枝晶混合的细密显微结构,胞状晶和树枝晶生长中排到外延的其他成分则以共晶组织或固溶体形式保留下来。Ni60+WC复合合金熔覆层的显微结构形貌,随热循环作用的不同有很大差异,当Fe308合金过渡层对Ni60+WC复合合金层有预热作用时,Ni基合金层中将出现大量形态各异的层片状共晶组织和不规则块状合金化合物(多元合金硼化物、Cr-C合金化合物等),在提高熔覆层耐磨性的同时,用作共晶组织析出的主干和共晶组织之间形成潜在“显微裂纹源”和“裂纹通道”,降低熔覆合金层的抗裂性能。ZG30Mn2激光熔覆,因基材表层存在的疏松、孔洞及显微裂纹等缺欠的存在,熔覆层裂纹倾向增加,需选择合适方法降低基材缺欠对熔覆层质量的影响。通过对不同熔覆组织进行显微硬度测定,结合其显微组织特点及裂纹形貌、裂纹扩展路径,对熔覆层裂纹产生的机理进行简要分析,讨论不同的熔覆合金成分、激光熔覆工艺参数、拘束形式、过渡层及预热处理等因素对熔覆层裂纹的影响规律,提出熔覆层裂纹的防治措施,为ZG30Mn2的激光熔覆工艺的制定提供试验依据,将激光熔覆技术推广于铸钢件的修复强化生产。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD421.6;TG174.4

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