Substrat kimi dartma sancaqları üçün tökmə poladdan (№ 25 polad) istifadə edilmiş və austenitik paslanmayan polad örtüklə örtülmüşdür. lazer örtük texnologiyası. Üzlük təbəqəsinin təşkili və quruluşu təhlil edilmiş və optik mikroskop, skan edən və ötürücü elektron mikroskop və rentgen difraktometri ilə xarakterizə edilmişdir. Sərtlik və aşınma performansı mikrosərtlik test cihazı və aşınma test cihazı ilə sınaqdan keçirilmişdir. Nəticələr göstərir ki, austenitik paslanmayan polad üzlük təbəqəsi bərabər oxlu kristallar, dendritlər və planar kristallardan, istilik təsir zonası isə martensit və troostitdən ibarətdir. Üzlük təbəqəsinin dendritləri fazalardır, interdendritik bölgələr isə fazalardan və Cr, C² karbidlərindən ibarətdir. Mikrosərtlik örtük təbəqəsi-istilik təsirinə məruz qalan zona-substratdan ardıcıl olaraq 310HVo.1-280HVo.1-170HVo.1-ə qədər azalır. 25 nömrəli polad altlıq yapışqan aşınma və aşındırıcı aşınma, örtük təbəqəsi isə aşındırıcı aşınmadır; 1 saatlıq aşınmadan sonra örtük təbəqəsinin aşınma müqaviməti 25 nömrəli polad substratdan iki dəfə çoxdur.

Elektrik lokomotivlərinin dartma qurğusunun mühüm hissəsi kimi dartma sancağı lokomotivin istismarı zamanı dartma çubuğunun gövdəsinin sürtünməsini və təsirini daşıyır. Müəyyən bir şirkət tərəfindən istehsal olunan Harmony Electric 3C elektrovozunun (HXD3C) dartma sancağı ZG230-450 (No 25 polad) hazırlanır. Döküm prosesi zamanı tez-tez səthə yaxın yerlərdə qum dəlikləri və məsamələr kimi sporadik qüsurlar əmələ gəlir ki, bu da dartma pininin xidmət müddətinə çatmazdan əvvəl asanlıqla sıradan çıxmasına səbəb ola bilər. Buna görə də, səthə yaxın olan qüsurları yerli olaraq təmir etmək lazımdır.

Lazer örtük təbəqəsi əla aşınma müqavimətinə, korroziyaya davamlılığa, yüksək temperaturda oksidləşmə müqavimətinə, yorğunluğa davamlılığa və lazer üzlük texnologiyasının sürətli inkişafına səbəb olan digər üstünlüklərə malikdir. Ənənəvi örtük üsulları ilə (məsələn, qövs qaynağı və termal püskürtmə) müqayisədə lazer üzlük sıx mikrostruktur, yüksək aşınma müqaviməti, aşağı seyreltmə dərəcəsi və substrat ilə metallurgiya yapışması kimi daha yaxşı örtüklər istehsal edə bilər. Bu texnologiya səthin təmiri və hissələrin modifikasiyası üçün mühüm üsula çevrilmişdir.

Bu yazıda substrat kimi 25 poladdan istifadə edilmiş və lazer örtük texnologiyası ilə austenitik paslanmayan polad örtük hazırlanmışdır. Kaplama quruluşu, mikrosərtlik və aşınma performansı təhlil edilmiş və sınaqdan keçirilmişdir.

1 Eksperimental üsul
Eksperimental substrat 25 polad idi və səth pasdan təmizlənmək üçün əvvəlcədən zımpara ilə üyüdüldü. Ostenitik paslanmayan polad toz lazer üzlük materialı kimi istifadə edilmişdir və onun hissəcik ölçüsü diapazonu 50 ~ 100μm idi. Austenitik paslanmayan polad tozunun mikromorfologiyası Şəkil 1-də göstərilmişdir. Onun kimyəvi tərkibi (kütləvi payı) aşağıdakı kimidir: C 0.02%, Si 0.82%, Mn 1.68%, Mo 0.08%, Cr 19.34%, Ni 9.97%, Fe isə 68.09% təşkil edir.

Lazerlə örtülmə təcrübəsi başlamazdan əvvəl, ostenitik paslanmayan polad toz qurutma sobasında 120 ℃ temperaturda 1 saat ərzində tam şəkildə qurudulmuşdur. Dartma sancağının səthinə yaxın olan qum dəliklərinin qüsur xüsusiyyətlərini maksimum dərəcədə simulyasiya etmək üçün 25 poladdan səth lazerlə üzlənmədən əvvəl mexaniki olaraq qazılmış, çuxur diametri 4 mm və çuxur dərinliyi 0.5 mm.

Yazıda, YLS-6000 fiber lazer istifadə edilmiş və lazer üzlük üçün koaksial toz qidalandırma üsulu istifadə edilmişdir. Optimallaşdırılmış proses parametrləri bunlar idi: bir keçidli lazer üzlük təcrübəsində mənfi defokus 30 mm, ləkə diametri 3 mm, lazer gücü 2600 Vt, tarama sürəti 6 mm/s və tozla qidalanma sürəti 18.9 q/dəq; 2500W lazer gücü, 6 mm/s tarama sürəti, 40% üst-üstə düşmə sürəti və çox keçidli tək qatlı lazer örtük təcrübəsində 18.9 q/dəq toz qidalanma dərəcəsi.

Leica DMi8 A optik mikroskopundan, PANalytical Empyrean rentgen difraktometrindən, Zeiss Supra-dan istifadə edərək örtükün təşkili və strukturu təhlil edilmiş və 55 tipli sahə emissiyasını skan edən elektron mikroskopu və JEM2100F ötürücü elektron mikroskopu ilə xarakterizə edilmişdir. Substratın və üzlük qatının sərtliyi HV-1000B model mikrosərtlik test cihazı ilə sınaqdan keçirildi, yükləmə müddəti 15 saniyə və eksperimental yük 100 q. Sınaq örtük səthindən 25 nömrəli polad altlığa qədər uzununa üzlük qatının qalınlığı istiqamətində aparılıb və 3 balın sərtliyi uzununa istiqamətdə eyni qalınlıqda eninə şəkildə sınaqdan keçirilib və orta qiymət götürülüb.

Aşınma testində UMTTriboLab sürtünmə və aşınma test cihazı istifadə edildi, daşlama topu 15 mm diametrli CCr5 materialı, daşlama topunun sərtliyi 62HRC, aşınma yükü 100N, daşlama topunun qarşılıqlı məsafəsi 6 mm və geri dönüş sürəti 4 idi. mm/s. Alt təbəqənin və örtüyün aşınmadan əvvəl və sonra kütləsi elektron tərəzi ilə çəkildi.

2 Eksperimental nəticələr və müzakirə

2.1 Mikrostruktur təhlili
Şəkil 2 üzlük təbəqəsinin (CL) strukturunun skan edən elektron mikroskop şəklidir. Lazerlə örtülmə prosesi zamanı lazer şüası qeyri-bərabər enerji paylanması ilə Gauss istilik mənbəyidir. İstilik və soyutma prosesi zamanı fərqli isitmə və soyutma dərəcələri hər sahədə fərqli təşkilati morfologiyalara səbəb olacaqdır. Qatılaşma nəzəriyyəsinə görə, bərk-maye interfeysinin dayanıqlığı (G/R) əmsalı üzlük qatının strukturunun böyümə morfologiyasını müəyyən edir, burada G temperatur qradiyenti, R isə bərkimə sürətidir. Üzlük layının üst və alt hissəsinin mikrostrukturundan görünür ki, üzlük layının yuxarı hissəsi əsasən bərabər oxlu kristallar və dendritlərdən, örtük təbəqəsinin dibi isə əsasən tək qaba sütunvari kristaldan ibarətdir. , və onun böyümə istiqaməti əsasən birləşmə xəttinə perpendikulyardır. Bunun səbəbi, ərimə xəttinə perpendikulyar istiqamətdə istilik yayılmasının üzlük prosesi zamanı daha sürətli olması və birləşmə xətti sahəsinin təşkili planar kristallardan ibarətdir.

Şəkil 3 bir keçidli örtük nümunəsinin istilik təsir zonasının mikrostrukturunu göstərir. Üzlükləmə prosesi zamanı hər bir mövqenin yaşadığı ən yüksək temperaturlar fərqli olduğundan, təşkilati quruluş da fərqlidir və söndürmə zonasına və normallaşdırıcı zonaya bölünə bilər. Söndürmə zonası lamelli martensitdən ibarətdir. Üzlükləmə prosesi zamanı ərimiş hovuza yaxın olan substrat austenitləşmə üçün sürətlə Acl-dən yuxarıya qədər qızdırılır və sonra lamelli martensit əmələ gətirmək üçün sürətlə soyudulur. Normallaşdırma zonasının təşkili əsasən substratın təşkili ilə eynidir, istisna olmaqla, normallaşdırma zonasının təşkili matris təşkilatına nisbətən daha incə troostitdir.

2.2 X-şüalarının difraksiya analizi
Üzlük təbəqəsinin XRD difraksiya spektri Şəkil 4-də göstərilmişdir. Şəkil 4-dən göründüyü kimi, austenit paslanmayan polad üzlük təbəqəsi tək austenit (γ) fazasından ibarətdir və başqa heç bir difraksiya zirvəsi görünmür.

2.3 Üzlük qatının TEM analizi
Şəkil 5-də austenitik paslanmayan polad örtük təbəqəsinin mikro strukturu və seçilmiş difraksiya ləkələri göstərilir. Şəkil 5 (a) üzlük təbəqəsinin mikrostrukturunun skan edən elektron mikroskop şəklidir; Şəkil 5 (b) və 5 (c) müvafiq olaraq b və c bölgələrinin ötürücü elektron mikroskopunun parlaq sahə təsvirləridir; Şəkil 5 (d) və 5 (e) d (dendritin daxilində) və e (dendritlər arasında) bölgələrinin seçilmiş elektron difraksiya nöqtələrini göstərir. Şəkil 5 (a)-dakı dendritin içindəki struktur ötürücü elektron mikroskop altında ağ matris kimi görünür və Şəkil 5 (d)-də müvafiq difraksiya nöqtəsi FCC strukturunun kristal zolaq oxuna malik bir fazadır və bu, aşağıdakılara uyğundur. XRD difraksiyasının nəticəsi Şəkil 4-də. Şəkil 5 (e)-dəki birləşmiş ləkələr onun zolağa bənzər strukturunun ortoromb sistemin Cr, Cz (kristal zolaq oxudur) və ətrafdakı ağ matrisin olduğunu müəyyən etmək üçün kalibrlənmişdir. üz mərkəzli kub sisteminin γ fazası (kristal zolaq oxudur). Bu göstərir ki, austenitik paslanmayan polad tozunu lazerlə üzləyən zaman γ fazası əvvəlcə maye fazadan çökür, sonra isə evtektik reaksiya baş verir və γ fazası və xrom karbid lamel təbəqələri ilə evtektik struktur əmələ gətirir. Yuxarıdakı rentgen analizi örtük təbəqəsinin səth qatına aid olduğundan, səthdə karbid tərkibinin 5% -dən az olması ehtimalı yüksəkdir, buna görə də Cr3C2 göstərilmir.

2.4 Mikrosərtliyin paylanması
Şəkil 6 üzlük təbəqəsindən 25 nömrəli polad substrata qədər olan mikrosərtlik əyrisidir. Şəkil 6-dan görünə bilər ki, özü əriyən üzlük qatının, istidən təsirlənən zonanın və substratın sərtliyi tədricən azalan tendensiya göstərir. Şəkildən də görünür ki, üst təbəqənin temperaturu tozun ərimə nöqtəsinin kritik qiymətindədir, nəticədə toz ərimiş hovuzun səthinə yapışır və tam ərimir, mikrosərtlik isə bir qədər dəyişir. ; məsafənin artması ilə üzlük qatının keyfiyyəti sabit olmağa meyllidir, maksimum mikrosərtlik dəyəri 314HV0.1, mikrosərtlik isə təxminən 310 HV0.1 səviyyəsində sabitdir.

Lazerlə örtülmə prosesi zamanı istilikdən təsirlənən zonanın hər bir mövqeyinin yaşadığı maksimum temperatur fərqlidir və austenitləşmə dərəcəsi də fərqlidir. Füzyon xəttinə yaxın olan istilik təsirinə məruz qalan zonanın söndürmə zonası örtük prosesi zamanı mayedən daha yüksək temperatura malikdir. Sürətli soyuduqdan sonra yüksək möhkəmlikli martensitik struktur əldə edilir ki, onun mikrosərtliyi təxminən 280HV0.1 səviyyəsində saxlanılır. Səth məsafəsinin artması ilə martenzitik strukturun nisbəti tədricən azalır. İstilikdən təsirlənən zonanın normallaşma zonasına çatdıqda, onun strukturu əsasən incə ferrit və troostitdən ibarətdir. Dərinlik artdıqca, örtükdən sonra soyutma sürəti tədricən yavaşlayır və onun mikrosərtliyi tədricən və davamlı olaraq 25 polad substratın sərtliyinə, yəni 170 HV0.1-ə qədər azalır.

2.5 Sürtünmə və aşınma eksperimental təhlili
Şəkil 7 zamanla quru sürtünmə şəraitində substratın və ostenitik paslanmayan poladdan lazer üzlük təbəqəsinin kütləvi aşınmasının dəyişmə əyrisini göstərir. Eyni aşınma müddətində örtük təbəqəsinin aşınma çəki itkisi həmişə substratdan daha az olur və aşınma müddəti artdıqca, ikisi arasındakı boşluq daha da böyüyür. 30 dəqiqəlik aşınmadan sonra, substratın aşınma çəki itkisi örtük təbəqəsindən təxminən 1.5 dəfə çoxdur; 1 saatlıq aşınmadan sonra substratın aşınma çəki itkisi örtük qatından təxminən 2 dəfə çoxdur. Bu, austenitik paslanmayan polad örtüyün lazerlə örtülməsindən sonra aşınma müqavimətinin əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdığını göstərir.

Aşınma mexanizminə görə, aşınma yorğunluq aşınmasına, eroziyaya aşınmaya, yapışqan aşınmasına, aşındırıcı aşınmaya və s. Şəkil 8-də 1 saatlıq aşınmadan sonra substratın və austenitik paslanmayan polad örtük təbəqəsinin aşınma morfologiyası göstərilir. Şəkil 8-dən göründüyü kimi, aşınmadan sonra substrat materialının şırımları dərindir və müəyyən dərəcədə plastik deformasiyaya malikdir. Kenarda yapışma fenomeni daha aydın görünür, bu, yapışqan aşınma və aşındırıcı aşınmanın tipik xüsusiyyətidir. Bunun səbəbi, substratın sərtliyinin aşağı olması və aşınma prosesində soyma çuxurlarının meydana gəlməsidir. Ostenitik paslanmayan polad örtük təbəqəsinin aşınma izləri, əsasən aşındırıcı aşınmaya görə, az miqdarda soyma izləri ilə dayazdır. Bunun səbəbi, lazer örtüyünün sürətli soyuması austenitik paslanmayan polad örtük təbəqəsini daha incə edir, bu da aşınma prosesində aşınmaya davamlı möhkəmləndirmə mərhələsinin dəstəklənməsi və birləşdirilməsində rol oynayır. Üzlük təbəqəsindəki sərt faza və sərt faza Cr, Cz aşınma müqavimətini artırmaq üçün birlikdə işləyir.

3 Xülasə

(1) Ostenitik paslanmayan polad örtük təbəqəsi bərabər oxlu kristallar, dendritlər və planar kristallardan, istilikdən təsirlənən zona isə martensit və troostitdən ibarətdir. Üzlük qatının dendritləri fazalardan, interdendritik fazalar isə fazalardan və karbidlərdən Cr; C2.

(2) Öz-özünə əriyən örtük-istilik təsirinə məruz qalan zona-substratın mikrosərtliyi tədricən 310 HVo.1-280 HVo.1-170 HVo.10-a qədər azalır.
(3) № 25 polad substrat yapışqan aşınmasına və aşındırıcı aşınmaya məruz qalır və üzlük təbəqəsi aşındırıcı aşınmaya məruz qalır. 1 saatlıq aşınmadan sonra substratın aşınma çəki itkisi örtük təbəqəsindən təxminən iki dəfə çoxdur, yəni austenitik paslanmayan polad örtük təbəqəsinin aşınma müqaviməti 25 nömrəli polad substratdan iki dəfə çoxdur.