Français Dans cet article, deux nouveaux matériaux de revêtement de la série Cr18 d'une épaisseur de 5 à 6 mm ont été plaqués sur le substrat 38ClMoAl par un procédé de placage au laser, et la microstructure du métal de revêtement a été analysée, et sa résistance à l'usure et ses changements de dureté ont été mesurés ; en comparant la taille de la cannelure du trou intérieur avant et après la réparation de la vis d'origine, la déformation pendant le processus de réparation du processus de placage au laser a été déterminée. Les résultats de la recherche montrent que le métal de revêtement est bien combiné avec le substrat, principalement composé de martensite dendritique, et des carbures durs sont dispersés entre les dendrites ; une petite zone affectée par la chaleur est formée entre la couche de revêtement et le substrat, et le liquide du bain de fusion croît rapidement le long de la direction de dissipation thermique maximale perpendiculaire à l'interface, formant des cristaux cellulaires et des dendrites évidents à croissance ascendante. Français La dureté du métal de revêtement 1# est comprise entre 50 et 52 HRC en moyenne, et la dureté du métal de revêtement 2# est comprise entre 54 et 57 HRC en moyenne ; grâce à la comparaison de l'usure, on peut voir que la perte de poids due à l'usure des deux métaux de revêtement est respectivement de 68 % et 36 % de celle de l'acier trempé 45#. Les dimensions de l'élément de vis avant et après réparation ont été comparées. La déformation moyenne des pièces après réparation au laser était de 0.12 mm, ce qui répondait aux exigences de réparation.

Le granulateur à extrusion à vis est un procédé de granulation à sec qui utilise la pression pour agglomérer des matériaux solides. L'équipement convertit les matières premières polymères en granulés par mélange, extrusion, granulation et autres processus, améliorant et renforçant efficacement les performances du produit et rendant le dosage, le transport et d'autres opérations ultérieures plus pratiques [1]. En tant qu'équipement de mélange continu, l'extrudeuse à double vis est principalement utilisée pour la modification du plastique. Il s'est développé avec le développement de l'industrie des plastiques [2]. Le granulateur à extrusion se compose d'un système d'extrusion, d'un système de transmission et d'un système de chauffage et de refroidissement. Le système d'extrusion comprend une vis, un barillet, une trémie, une filière et un moule.

La vis est le composant le plus important de l'extrudeuse. Elle est directement liée au domaine d'application et à la productivité de l'extrudeuse. Elle est fabriquée en acier allié à haute résistance et résistant à la corrosion. L'extrudeuse à vis est l'équipement de base du formage et de la modification du plastique. Dans le processus de production de mélange et de modification proprement dit, la vis de l'extrudeuse se trouve dans un environnement difficile à haute pression et à haute température et est soumise à d'énormes forces de frottement et de cisaillement. En raison de l'environnement de travail particulier, la vis de l'extrudeuse n'est pas le frottement commun entre le métal et le métal, mais entre le métal et le polymère, de sorte que l'usure de la surface de la vis est souvent grave.

L'usure de la vis augmente la distance entre celle-ci et le canon, affectant la compression et le cisaillement du matériau par la vis, ce qui entraînera une diminution de la qualité du produit. D'autre part, le remplacement fréquent de vis usées et défectueuses augmente non seulement les coûts, mais retarde également les plans de production et réduit l'efficacité de la production. Par conséquent, la vis usée est généralement réparée plutôt que remplacée pour réduire les coûts et améliorer l'efficacité de la production.

Technologie de revêtement laser Il s'agit d'une technologie avancée de modification de surface des matériaux présentant les avantages d'un faible taux de dilution, d'une structure de couche de revêtement dense, d'une bonne liaison entre le revêtement et le substrat et d'un environnement de travail sans pollution [3~4]. Elle peut résoudre les limitations de la sélection des matériaux, des contraintes thermiques dans le processus, de la déformation thermique, des cristaux de matériaux grossiers et de la difficulté à garantir la force de liaison du matériau du substrat dans les méthodes de réparation traditionnelles. Par conséquent, cet article vérifie la faisabilité de l'utilisation de la technologie de revêtement laser pour réparer les éléments à vis par le biais d'expériences.

1 Préparation des échantillons et méthode d'essai

1.1 Préparation des échantillons

Le matériau de base utilisé dans cette expérience est le 38CrMoAl, avec une spécification de 100 mm × 50 mm × 20 mm. Deux matériaux de revêtement laser, 1# et 2#, sont utilisés. La composition chimique du matériau de revêtement est indiquée dans le tableau 1 et les paramètres du processus de revêtement laser sont indiqués dans le tableau 2.

1.2 Méthode d'essai

Français L'échantillon est échantillonné sur l'échantillon par découpe au fil, avec une spécification de 20 mm × 15 mm × 15 mm, et la direction d'échantillonnage va de la couche de revêtement à la section transversale de la base. La microstructure de la couche de revêtement est observée par un microscope optique CLYMP VF-DEM. La distribution du gradient de dureté de l'échantillon est mesurée par un testeur de microdureté HV-3000. Le test de résistance à l'usure à température ambiante a été réalisé à l'aide d'un testeur d'usure ML-10 avec une charge d'essai de 3 kg, une vitesse de rotation de 120 tr/min et un temps d'usure de 10 min. Les résultats du test ont été comparés à l'échantillon trempé (51.2 HRC) d'acier 45#. Les changements de microstructure et de composition de la couche de revêtement après utilisation ont été observés à l'aide d'un microscope électronique à balayage S-3400N.

2 Résultats des tests et analyse

2.1 Microstructure du métal de revêtement

La figure 1 montre la microstructure de la couche de revêtement et du matériau de base sous différents grossissements d'un microscope optique. La figure 1(a) montre la microstructure du motif 1# et la figure 1(b) montre la microstructure du motif 2#. La microstructure de la couche de revêtement sous différents passages peut être clairement vue sur la figure. La partie de couleur claire est la couche de revêtement et la partie de couleur foncée est le matériau de base. On peut voir à l'interface qu'une liaison métallurgique relativement étroite est formée, avec une fine zone de transition au milieu, et la taille de la zone de transition est d'environ 5 μm. Cela est dû au fait que pendant le processus de revêtement laser, la température du matériau de base est basse et la température du bain de fusion est élevée, formant un énorme gradient de température perpendiculaire à l'interface entre le bain de fusion et le substrat. Le liquide du bain de fusion croît rapidement le long de la direction de dissipation thermique maximale perpendiculaire à l'interface, formant des dendrites évidentes.

Parallèlement, avec l'augmentation des éléments d'alliage tels que B et W dans le métal de placage, sa structure a également changé. De fins composés de phase dure sont uniformément dispersés autour de la martensite de type dendrite, jouant un rôle de renforcement de la dispersion.

2.2 Composition du métal de revêtement

La figure 2(a) montre la division de la zone de balayage de ligne de l'échantillon de la couche de revêtement au substrat. La figure 2(b) montre les changements de contenu de chaque élément avec différentes positions.

En raison du changement de la teneur en Fe, la couche de transition est fine et le taux de dilution de la couche de revêtement est très faible, ce qui indique que le processus de revêtement laser aide à contrôler le taux de dilution. La teneur en éléments Cr et Ni ne change pas beaucoup et la combustion des éléments est faible.

2.3 Essai de dureté

Les tableaux 3 et 4 montrent la distribution de la dureté de surface des deux métaux de revêtement. Trois plages ont été sélectionnées et 5 points ont été pris dans chaque plage pour calculer la valeur moyenne. Selon les résultats statistiques, la dureté de surface du métal de revêtement 1# est comprise entre HRC50 et 52 et la dureté de surface de l'échantillon 2# est comprise entre HRC54 et 57. La plage de variation de dureté des deux métaux de revêtement n'est pas très différente, ce qui indique que le revêtement laser a peu d'effet sur la fluctuation de la dureté. La dureté de l'échantillon 2# est supérieure à celle de l'échantillon 1#, ce qui indique que la phase de renforcement dur sur la surface interne de l'échantillon 2# a augmenté et que la résistance à l'usure peut également être améliorée.

2.4 Test de résistance à l'usure

L'essai a été réalisé sur un testeur d'usure abrasive à disque ML-10. La taille de l'échantillon est de Φ6×25 mm, la charge d'essai est de 3 kg, le papier de verre corindon est de 20#, la vitesse de rotation est de 120 tr/min, le temps d'usure est de 10 min et l'échantillon de trempe en acier 45# (51.2 HRC) est utilisé comme étalon de comparaison. Parmi eux, 1# et 2# sont des échantillons de métal de placage, et 3# est un échantillon de trempe en acier 45#. Les données de l'essai d'usure sont présentées dans le tableau 5.

Français D'après le tableau 5, on peut voir que dans les mêmes conditions d'usure, le rapport de perte de poids moyen de l'échantillon 1# est de 2.063 9 %, et le rapport de perte de poids moyen de l'échantillon 2# est de 1.097 3 %, ce qui représente 68 % et 36 % de la perte de poids de l'échantillon de trempe en acier 45. Dans le même temps, la résistance à l'usure du matériau métallique de revêtement 2# est supérieure à celle de l'échantillon 1#, ce qui indique que ces deux nouveaux matériaux résistants à l'usure ont une bonne résistance à l'usure.

3. Réparation des éléments en spirale

Les éléments en spirale à réparer ont été sélectionnés pour le test de vérification (la perte d'usure a été sélectionnée comme étant ≤ 4 mm), et des poudres de revêtement laser 1# et 2# ont été utilisées pour la réparation, et une détection des défauts et de la taille a été effectuée. Les résultats sont présentés dans le tableau 5 et la figure 3.

Après les tests et les analyses, les éléments de vis fabriqués avec le procédé et les matériaux ci-dessus ne présentaient aucune fissure après la détection des défauts par PT, et le changement de taille de la cannelure du trou intérieur était essentiellement de 0.12 mm (tableau 6), ce qui répondait aux exigences de conception du procédé d'origine. Par conséquent, la méthode de procédé consistant à utiliser le revêtement laser pour réparer la vis d'origine est réalisable.

Conclusion 4

(1) Le métal de revêtement est bien lié au substrat, principalement composé de martensite dendritique, avec des carbures durs dispersés entre les dendrites.

(2) Une fine zone affectée par la chaleur de 5 µm se forme entre la couche de revêtement et le substrat. Le liquide fondu croît rapidement le long de la direction de dissipation thermique maximale perpendiculaire à l'interface, formant des cristaux cellulaires et des dendrites à croissance ascendante évidentes.

(3) La dureté du métal de revêtement 1# est comprise entre 50 et 52 HRC en moyenne, et la dureté du métal de revêtement 2# est comprise entre 54 et 57 HRC en moyenne. La perte de poids due à l'usure est de 68 % et 36 % de celle de l'acier trempé 45#.

(4) Les pièces finies ont réussi le test de soudage et la déformation moyenne des pièces était inférieure à 0.12 mm, ce qui répondait aux exigences de tolérance.