机筒内壁激光熔覆铁基耐磨涂层工艺及性能研究

发布时间：2020-07-12 04:56

【摘要】：随着塑料制品的需求不断增多,注塑机的发展也在不断加快。注塑机机筒作为注塑机的核心部件之一,在服役过程中,长时间的工作会导致其失效。磨损作为机筒主要失效方式之一,使机筒工作寿命大大降低。激光熔覆技术作为新兴的表面改性技术,已经逐渐应用于内壁加工。激光内壁熔覆技术是激光熔覆技术的一个分支,在加工环境和扫描方式等方面与常规激光熔覆有着较大的区别。目前国内外对于机筒内壁激光熔覆研究较少。因此,本文对40Cr机筒内壁激光熔覆工艺进行体系化研究,制备出无缺陷、形貌良好、高硬度、高耐磨的铁基耐磨涂层,为机筒内壁激光熔覆提供技术和基础。本文首先对机筒内壁激光熔覆基础工艺进行研究,得到最优的工艺参数。在此基础上对激光内壁熔覆特有工艺即扫描方式和偏斜角度进行了深入研究,分析了特有工艺对熔覆层成形质量的影响,通过仿真计算解释了扫描方式对熔覆层顶部转向枝晶区域大小的影响机制。利用OM、EDS、SEM分析了不同搭接策略下熔覆层形貌变化、搭接区域组织变化以及结合区域元素分布,为大面积熔覆提供参考。后续对比了常温和高温情况下的热处理基体、平板熔覆层、内壁熔覆层三者耐磨性,并对磨损机制进行分析。最后对机筒模拟件进行实物熔覆并分析测试。研究结果表明,激光内壁熔覆工艺对内壁熔覆层成形质量有着显著的影响。不同扫描方式下,径向螺旋扫描方式熔覆层横截面面积大于轴向扫描方式。同时,径向螺旋扫描方式熔覆层转向枝晶区域占比小于轴向扫描方式。偏斜角度的变化对径向螺旋扫描方式无明显影响,但是在轴向扫描方式下偏斜角度越大,熔覆层形貌越趋向半泪滴形,且整体面积逐渐减小。通过系统研究了单层多道搭接和多层多道搭接策略,结果表明,径向螺旋扫描和轴向扫描这两种搭接策略得到的单层和多层熔覆层成形质量较好,同时径向螺旋方式下熔覆层整体尺寸相对较大。其余复合搭接策略和填充式搭接策略得到的熔覆层成形质量较差。对熔覆层常温和高温下磨损性能分析,可以得出,相比于热处理(870℃淬火,300℃回火)后40Cr基体,常温情况下平板熔覆层耐磨性提升6.7倍,内壁熔覆层提升5.3倍;高温情况下平板熔覆层耐磨性提升4.7倍,内壁熔覆层提升3.8倍。对比表明,内壁熔覆层略低于平板熔覆层,但是高于常规热处理后基体,满足机筒需求。在40Cr机筒模拟件内壁进行激光熔覆应用试验,并对激光熔覆后的模拟件内壁熔覆层进行检测,结果表明熔覆层成形质量良好,表面平均硬度为57.85 HRC,符合要求。本文对机筒内壁激光熔覆制备Fe基耐磨涂层开展相关研究,对激光工艺参数优化、扫描方式变化、偏斜角度变化、搭接策略选择以及对摩擦磨损机理分析等几个方面进行了探索研究,并开展了机筒模拟件的应用试验,此研究为机筒内壁熔覆高硬耐磨涂层提供参考。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG174.4;TQ320.52
【图文】：

图 1-1 激光内壁熔覆双筒形零部件[44]综合国内外研究现状发现，激光内壁熔覆技术已经开始被用于内壁强化，但是艺研究仍停留在常规的工艺参数研究阶段，并没有关于激光内壁熔覆的特殊工策略研究。目前仍需对激光内壁熔覆特殊工艺及搭接策略进行研究，为零部件积激光熔覆强化提供技术和基础。 课题主要研究内容及技术路线.1 课题主要研究内容综合以上研究结果，激光熔覆技术在注塑机机筒内壁应用研究具有重要意义，步提高机筒性能和使用寿命。目前关于注塑机机筒内壁的激光熔覆技术研究相机筒内壁激光熔覆由于内壁形状特殊性和扫描方式等的不同，在成形质量上有变化。结合所述问题可知，一方面，激光内壁熔覆技术具有很强的实用价值；，激光内壁熔覆具备特有的熔覆工艺。本文旨在研究激光熔覆技术在注塑机机应用问题，通过探索分析激光内壁熔覆基础工艺以及特有工艺对组织特征、相

浙江工业大学硕士学位论文（专业型）(3) 激光内壁熔覆铁基耐磨涂层性能研究。通过对制备的熔覆层试样进行常温以及高温环境下摩擦磨损试验，对比分析涂层耐磨性能的变化；(4) 对 40Cr 机筒模拟件上进行激光熔覆应用试验，并对激光熔覆后的模拟件熔覆层进行检测，结果表明模拟件熔覆层成形质量良好、无缺陷，满足使用需求，符合设计标准。1.4.2 技术路线本文通过对激光内壁熔覆技术进行深入研究，提出内壁特有的加工工艺，为后续研究以及激光内壁熔覆技术奠定一定基础。具体技术路线如图 1-2。

第 2 章 试验材料及方法.1 试验材料40Cr 钢作为注塑机机筒常用的材料之一，调质处理后具有良好淬透性、切削性能力学性能，其化学成分如表 2-1。本文选用的是调质处理的 40Cr 空心圆筒，基材试据试验要求机加工成空心圆筒，且加工过程中保证内圆加工精度，使内外圆同轴度定公差范围内。激光内壁熔覆基材试样具体尺寸及形状如图 2-1 所示。试验前，对圆筒内壁采用砂纸进行打磨处理，去除表面铁锈及氧化层，保证空心圆筒内壁表面光滑，再用无水乙醇清洗，去除油脂和污渍，保证激光内壁熔覆过程中不会混入杂质干待用。表 2-1 试验基材化学成分Element C Si Mn Cr Ni P Cu S FeWt(%)0.37-0.440.17-0.370.5-0.80.8-1.1≤0.030 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.035 balance(a)(b)

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本文编号：2751459