Šajā rakstā uz 18ClMoAl substrāta ar lāzera apšuvuma procesu tika pārklāti divi jauni Cr5 sērijas apšuvuma materiāli, kuru biezums ir 6–38 mm, un tika analizēta apšuvuma metāla mikrostruktūra, kā arī izmērītas tā nodilumizturības un cietības izmaiņas; salīdzinot iekšējā cauruma splainu izmēru pirms un pēc oriģinālās skrūves remonta, tika noteikta deformācija lāzera apšuvuma procesa remonta procesā. Pētījuma rezultāti liecina, ka apšuvuma metāls ir labi savienots ar substrātu, kas galvenokārt sastāv no dendrīta martensīta, un starp dendritiem ir izkliedēti cietie karbīdi; starp apšuvuma slāni un substrātu veidojas neliela siltuma ietekmēta zona, un izkusušais baseina šķidrums strauji aug maksimālā siltuma izkliedes virzienā perpendikulāri saskarnei, veidojot acīmredzamus uz augšu augošus šūnu kristālus un dendrītus. 1# apšuvuma metāla cietība vidēji ir no 50 līdz 52 HRC, un 2# apšuvuma metāla cietība ir vidēji no 54 līdz 57 HRC; veicot nodiluma salīdzinājumu, var redzēt, ka divu apšuvuma metālu nodiluma svara zudums ir attiecīgi 68% un 36% no 45# rūdīta tērauda. Tika salīdzināti skrūves elementa izmēri pirms un pēc remonta. Detaļu vidējā deformācija pēc lāzerremonta bija 0.12 mm robežās, kas atbilda remonta prasībām.

Skrūves ekstrūzijas granulators ir sauss granulēšanas process, kurā cieto materiālu aglomerācijai izmanto spiedienu. Iekārta pārvērš polimēru izejvielas granulās, izmantojot sajaukšanas, ekstrūzijas, granulēšanas un citus procesus, efektīvi uzlabojot un uzlabojot produkta veiktspēju un padarot turpmākās dozēšanas, transportēšanas un citas darbības ērtākas [1]. Divu skrūvju ekstrūderis kā nepārtraukta sajaukšanas iekārta galvenokārt tiek izmantota plastmasas modifikācijām. Tas ir attīstījies, attīstoties plastmasas rūpniecībai [2]. Ekstrūzijas granulators sastāv no ekstrūzijas sistēmas, pārvades sistēmas un apkures un dzesēšanas sistēmas. Ekstrūzijas sistēma ietver skrūvi, mucu, piltuvi, presformu un veidni.

Skrūve ir vissvarīgākā ekstrūdera sastāvdaļa. Tas ir tieši saistīts ar ekstrūdera pielietojuma diapazonu un produktivitāti. Tas ir izgatavots no augstas stiprības un korozijizturīga leģētā tērauda. Skrūves ekstrūderis ir galvenais aprīkojums plastmasas formēšanai un sajaukšanai. Faktiskajā sajaukšanas un modifikācijas ražošanas procesā ekstrūdera skrūve atrodas skarbā augsta spiediena un augstas temperatūras vidē un ir pakļauta milzīgiem berzes un bīdes spēkiem. Īpašās darba vides dēļ ekstrūdera skrūve nav parasta berze starp metālu un metālu, bet gan starp metālu un polimēru, tāpēc skrūves virsmas nodilums bieži ir nopietns.

Skrūves nodilums palielina attālumu starp to un mucu, ietekmējot materiāla saspiešanu un nobīdi ar skrūvi, kas novedīs pie produkta kvalitātes pazemināšanās. Savukārt bieža nolietotu un neizdevušos skrūvju maiņa ne tikai palielina izmaksas, bet arī aizkavē ražošanas plānus un samazina ražošanas efektivitāti. Tāpēc nolietoto skrūvi parasti salabo, nevis nomaina, lai samazinātu izmaksas un uzlabotu ražošanas efektivitāti.

Lāzera apšuvuma tehnoloģija ir uzlabota materiāla virsmas modifikācijas tehnoloģija ar zemu atšķaidīšanas ātrumu, blīvu apšuvuma slāņa struktūru, labu pārklājumu un pamatni, kā arī no piesārņojuma brīvu darba vidi [3–4]. Tas var atrisināt materiālu izvēles ierobežojumus, termisko spriegumu procesā, termisko deformāciju, rupjus materiāla kristālus un grūtības nodrošināt pamatnes materiāla saķeres stiprību tradicionālajās remonta metodēs. Tāpēc šajā rakstā ir pārbaudīta iespēja izmantot lāzera apšuvuma tehnoloģiju skrūvju elementu remontam, izmantojot eksperimentus.

1 Paraugu sagatavošana un pārbaudes metode

1.1 Parauga sagatavošana

Šajā eksperimentā izmantotais pamatmateriāls ir 38CrMoAl ar specifikāciju 100 mm × 50 mm × 20 mm. Tiek izmantoti divi lāzera apšuvuma materiāli 1# un 2#. Apšuvuma materiāla ķīmiskais sastāvs ir parādīts 1. tabulā, bet lāzera apšuvuma procesa parametri ir parādīti 2. tabulā.

1.2. Pārbaudes metode

Paraugu ņem no parauga, griežot stiepli, ar specifikāciju 20 mm × 15 mm × 15 mm, un paraugu ņemšanas virziens ir no apšuvuma slāņa līdz pamatnes šķērsgriezumam. Apšuvuma slāņa mikrostruktūra tiek novērota ar CLYMP VF-DEM optisko mikroskopu. Parauga cietības gradienta sadalījumu mēra ar HV-3000 mikrocietības testeri. Telpas temperatūras nodilumizturības tests tika veikts, izmantojot nodiluma testeri ML-10 ar testa slodzi 3 kg, griešanās ātrumu 120 apgr./min un nodiluma laiku 10 min. Testa rezultāti tika salīdzināti ar rūdītu (51.2 HRC) 45# tērauda paraugu. Apšuvuma slāņa mikrostruktūras un sastāva izmaiņas pēc lietošanas tika novērotas, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu S-3400N.

2 Pārbaudes rezultāti un analīze

2.1. Apšuvuma metāla mikrostruktūra

1. attēlā parādīta apšuvuma slāņa un pamatmateriāla mikrostruktūra dažādos optiskā mikroskopa palielinājumos. 1. attēlā (a) ir parādīta 1# raksta mikrostruktūra, un 1. attēlā (b) ir parādīta 2# raksta mikrostruktūra. Apšuvuma slāņa mikrostruktūra zem dažādām ejām ir skaidri redzama attēlā. Gaišā daļa ir apšuvuma slānis, un tumšā daļa ir pamatmateriāls. Interfeisā var redzēt, ka veidojas salīdzinoši cieša metalurģiskā saite ar plānu pārejas zonu vidū, un pārejas zonas izmērs ir aptuveni 5 μm. Tas ir tāpēc, ka lāzera apšuvuma procesā pamatmateriāla temperatūra ir zema un izkausētā baseina temperatūra ir augsta, veidojot milzīgu temperatūras gradientu, kas ir perpendikulārs saskarnei starp izkausēto baseinu un substrātu. Izkausētais baseina šķidrums strauji aug maksimālā siltuma izkliedes virzienā perpendikulāri saskarnei, veidojot acīmredzamus dendritus.

Tajā pašā laikā, palielinoties sakausējuma elementiem, piemēram, B un W apšuvuma metālā, ir mainījusies arī tā struktūra. Smalki cietās fāzes savienojumi ir vienmērīgi izkliedēti ap dendritam līdzīgu martensītu, spēlējot dispersijas stiprināšanas lomu.

2.2. Apšuvuma metāla sastāvs

Attēlā 2(a) parādīts parauga līnijas skenēšanas laukuma sadalījums no apšuvuma slāņa līdz pamatnei. Attēlā 2(b) parādītas katra elementa satura izmaiņas ar dažādām pozīcijām.

No Fe satura izmaiņām pārejas slānis ir plāns un apšuvuma slāņa atšķaidīšanas ātrums ir ļoti zems, kas norāda, ka lāzera apšuvuma process palīdz kontrolēt atšķaidīšanas ātrumu. Cr un Ni elementu saturs daudz nemainās, un elementu izdegšana ir neliela.

2.3 Cietības tests

3. un 4. tabulā parādīts divu apšuvuma metālu virsmas cietības sadalījums. Tika atlasīti trīs diapazoni, un katrā diapazonā tika ņemti 5 punkti, lai aprēķinātu vidējo vērtību. Saskaņā ar statistikas rezultātiem 1# apšuvuma metāla virsmas cietība ir no HRC50 līdz 52, bet 2# parauga virsmas cietība ir no HRC54 līdz 57. Abu apšuvuma metālu cietības variācijas diapazons nav daudz atšķirīgs, norādot, ka lāzera apšuvums maz ietekmē cietības svārstības. 2# parauga cietība ir augstāka nekā 1# paraugam, kas norāda, ka cietā pastiprinājuma fāze uz 2# parauga iekšējās virsmas ir palielinājusies un var uzlabot arī nodilumizturību.

2.4. Nodilumizturības tests

Pārbaude tika veikta ar ML-10 disku tapas abrazīvā nodiluma testeri. Parauga izmērs ir Φ6 × 25 mm, testa slodze ir 3 kg, korunda smilšpapīrs ir 20 #, griešanās ātrums ir 120 apgr./min, nodiluma laiks ir 10 minūtes un 45# tērauda rūdīšanas (51.2 HRC) paraugs. tiek izmantots kā salīdzināšanas standarts. Starp tiem 1# un 2# ir apšuvuma metāla paraugi, un 3# ir 45# tērauda rūdīšanas paraugs. Nodiluma testa dati ir parādīti 5. tabulā.

No 5. tabulas var redzēt, ka tādos pašos nodiluma apstākļos 1# parauga vidējais svara zuduma koeficients ir 2.063 9%, bet 2# parauga vidējais svara zuduma koeficients ir 1.097 3%, kas ir 68%. un 36% no 45 tērauda rūdīšanas parauga svara zuduma. Tajā pašā laikā 2# apšuvuma metāla materiāla nodilumizturība ir augstāka nekā 1# paraugam, kas norāda, ka šiem diviem jaunajiem nodilumizturīgajiem materiāliem ir laba nodilumizturība.

3. Spirālveida elementu remonts

Verifikācijas testam tika atlasīti labojamie spirālveida elementi (nodiluma zudumi izvēlēti kā ≤ 4 mm), remontam tika izmantoti 1# un 2# lāzera apšuvuma pulveri, tika veikta defektu noteikšana un izmēru noteikšana. Rezultāti ir parādīti 5. tabulā un 3. attēlā.

Pēc testēšanas un analīzes skrūvju elementiem, kas izgatavoti, izmantojot iepriekš minēto procesu un materiālus, pēc PT defektu noteikšanas nebija plaisu, un iekšējā cauruma spraugas izmēra izmaiņas būtībā bija 0.12 mm robežās (6. tabula), kas atbilda sākotnējā procesa projektēšanas prasībām. Tāpēc ir iespējama lāzera apšuvuma izmantošana oriģinālās skrūves labošanai.

4 Secinājums

(1) Apšuvuma metāls ir labi savienots ar substrātu, galvenokārt sastāv no dendrīta martensīta, starp dendritiem izkliedēti cietie karbīdi.

(2) Starp apšuvuma slāni un pamatni veidojas smalka 5 um siltuma ietekmes zona. Izkausētais baseina šķidrums strauji aug maksimālā siltuma izkliedes virzienā perpendikulāri saskarnei, veidojot acīmredzamus uz augšu augošus šūnu kristālus un dendrītus.

(3) 1# apšuvuma metāla cietība vidēji ir no 50 līdz 52 HRC, un 2# apšuvuma metāla cietība ir vidēji no 54 līdz 57 HRC. Nodiluma svara zudums ir 68% un 36% no 45# rūdīta tērauda svara zuduma.

(4) Gatavās detaļas izturēja testa metināšanu, un detaļu vidējā deformācija bija 0.12 mm robežās, kas atbilda pielaides prasībām.