ในเอกสารนี้ วัสดุหุ้มซีรีส์ Cr18 ใหม่ 5 ชนิดที่มีความหนา 6~38 มม. ถูกหุ้มบนพื้นผิว 1ClMoAl ด้วยกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ และวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของโลหะหุ้ม และวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานการสึกหรอและความแข็ง โดยเปรียบเทียบขนาดสไปน์ของรูด้านในก่อนและหลังการซ่อมสกรูเดิม จึงสามารถระบุการเสียรูประหว่างกระบวนการซ่อมด้วยเลเซอร์ได้ ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าโลหะหุ้มนั้นผสมผสานกับพื้นผิวได้ดี ซึ่งประกอบด้วยเดนไดรต์มาร์เทนไซต์เป็นหลัก และคาร์ไบด์แข็งจะกระจายอยู่ระหว่างเดนไดรต์ โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดเล็กจะก่อตัวขึ้นระหว่างชั้นหุ้มและพื้นผิว และของเหลวในสระหลอมเหลวจะเติบโตอย่างรวดเร็วตามทิศทางการกระจายความร้อนสูงสุดที่ตั้งฉากกับอินเทอร์เฟซ ทำให้เกิดผลึกเซลล์และเดนไดรต์ที่เติบโตขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ความแข็งของโลหะหุ้ม 50# อยู่ระหว่าง 52~2 HRC โดยเฉลี่ย และความแข็งของโลหะหุ้ม 54# อยู่ระหว่าง 57~68 HRC โดยเฉลี่ย เมื่อเปรียบเทียบการสึกหรอ จะเห็นได้ว่าการสูญเสียน้ำหนักจากการสึกหรอของโลหะหุ้มทั้งสองชนิดอยู่ที่ 36% และ 45% ของเหล็กชุบแข็ง 0.12# ตามลำดับ ขนาดขององค์ประกอบสกรูก่อนและหลังการซ่อมแซมได้รับการเปรียบเทียบ การเปลี่ยนรูปโดยเฉลี่ยของชิ้นส่วนหลังจากการซ่อมแซมด้วยเลเซอร์อยู่ภายใน XNUMX มม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนดในการซ่อมแซม

เครื่องทำเม็ดพลาสติกแบบอัดรีดสกรูเป็นกระบวนการอัดเม็ดแบบแห้งที่ใช้แรงดันในการรวมวัสดุแข็งเข้าด้วยกัน อุปกรณ์จะแปลงวัตถุดิบโพลีเมอร์เป็นเม็ดพลาสติกผ่านกระบวนการผสม การอัดรีด การทำเม็ดพลาสติก และกระบวนการอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์และทำให้การวัด การขนส่ง และการดำเนินการอื่นๆ สะดวกยิ่งขึ้น [1] ในฐานะอุปกรณ์ผสมแบบต่อเนื่อง เครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ใช้เป็นหลักในการดัดแปลงพลาสติก ซึ่งได้รับการพัฒนาควบคู่ไปกับการพัฒนาของอุตสาหกรรมพลาสติก [2] เครื่องทำเม็ดพลาสติกแบบอัดรีดประกอบด้วยระบบอัดรีด ระบบส่ง และระบบทำความร้อนและทำความเย็น ระบบอัดรีดประกอบด้วยสกรู ถัง กรวย แม่พิมพ์ และแม่พิมพ์

สกรูเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของเครื่องอัดรีด โดยเกี่ยวข้องโดยตรงกับช่วงการใช้งานและผลผลิตของเครื่องอัดรีด ผลิตจากเหล็กอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อน เครื่องอัดรีดแบบสกรูเป็นอุปกรณ์หลักในการดัดแปลงการขึ้นรูปและการผสมพลาสติก ในกระบวนการผลิตการผสมและดัดแปลงจริง สกรูของเครื่องอัดรีดจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง และต้องรับแรงเสียดทานและแรงเฉือนมหาศาล เนื่องจากสภาพแวดล้อมการทำงานพิเศษ สกรูของเครื่องอัดรีดจึงไม่ใช่แรงเสียดทานทั่วไประหว่างโลหะกับโลหะ แต่เป็นแรงเสียดทานระหว่างโลหะกับโพลีเมอร์ ดังนั้นการสึกหรอของพื้นผิวสกรูจึงมักรุนแรง

การสึกหรอของสกรูจะเพิ่มระยะห่างระหว่างสกรูกับกระบอกสูบ ส่งผลต่อการบีบอัดและการเฉือนของวัสดุโดยสกรู ซึ่งจะส่งผลให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ลดลง ในทางกลับกัน การเปลี่ยนสกรูที่สึกหรอและชำรุดบ่อยครั้งไม่เพียงแต่เพิ่มต้นทุนเท่านั้น แต่ยังทำให้แผนการผลิตล่าช้าและลดประสิทธิภาพการผลิตด้วย ดังนั้น สกรูที่สึกหรอจึงมักได้รับการซ่อมแซมแทนที่จะเปลี่ยนใหม่ เพื่อลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต

เทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ เป็นเทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนพื้นผิววัสดุขั้นสูงที่มีข้อดีคืออัตราการเจือจางต่ำ โครงสร้างชั้นหุ้มที่หนาแน่น การยึดติดที่ดีระหว่างการเคลือบและพื้นผิว และสภาพแวดล้อมการทำงานที่ปราศจากมลพิษ [3~4] สามารถแก้ปัญหาข้อจำกัดของการเลือกวัสดุ ความเครียดจากความร้อนในกระบวนการ การเสียรูปจากความร้อน ผลึกวัสดุหยาบ และความยากลำบากในการรับรองความแข็งแรงในการยึดติดของวัสดุพื้นผิวในวิธีการซ่อมแซมแบบดั้งเดิม ดังนั้น เอกสารนี้จึงยืนยันความเป็นไปได้ของการใช้เทคโนโลยีหุ้มด้วยเลเซอร์เพื่อซ่อมแซมองค์ประกอบสกรูผ่านการทดลอง

1 วิธีเตรียมตัวอย่างและทดสอบ

1.1 การเตรียมตัวอย่าง

วัสดุพื้นฐานที่ใช้ในการทดลองนี้คือ 38CrMoAl โดยมีขนาด 100 มม. × 50 มม. × 20 มม. วัสดุหุ้มด้วยเลเซอร์ 1 ชนิด ได้แก่ 2# และ 1# องค์ประกอบทางเคมีของวัสดุหุ้มแสดงอยู่ในตารางที่ 2 และพารามิเตอร์กระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์แสดงอยู่ในตารางที่ XNUMX

1.2 วิธีการทดสอบ

ตัวอย่างจะถูกสุ่มตัวอย่างบนชิ้นงานโดยการตัดลวด โดยมีขนาด 20 มม. × 15 มม. × 15 มม. และทิศทางการสุ่มตัวอย่างคือจากชั้นหุ้มไปยังหน้าตัดของฐาน โครงสร้างจุลภาคของชั้นหุ้มจะถูกสังเกตโดยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล CLYMP VF-DEM การกระจายตัวของความแข็งของตัวอย่างจะถูกวัดโดยเครื่องทดสอบความแข็งจุลภาค HV-3000 การทดสอบความต้านทานการสึกหรอที่อุณหภูมิห้องดำเนินการโดยใช้เครื่องทดสอบการสึกหรอ ML-10 โดยมีน้ำหนักทดสอบ 3 กก. ความเร็วในการหมุน 120 รอบ/นาที และเวลาการสึกหรอ 10 นาที ผลการทดสอบถูกเปรียบเทียบกับตัวอย่างเหล็ก 51.2# ที่ชุบแข็งแล้ว (45 HRC) การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคและองค์ประกอบของชั้นหุ้มหลังการใช้งานถูกสังเกตโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด S-3400N

2 ผลการทดสอบและการวิเคราะห์

2.1 โครงสร้างจุลภาคของโลหะหุ้ม

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างจุลภาคของชั้นหุ้มและวัสดุฐานภายใต้การขยายภาพที่แตกต่างกันของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติก รูปที่ 1(a) แสดงโครงสร้างจุลภาคของรูปแบบ 1# และรูปที่ 1(b) แสดงโครงสร้างจุลภาคของรูปแบบ 2# โครงสร้างจุลภาคของชั้นหุ้มภายใต้การผ่านภาพที่แตกต่างกันสามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน ส่วนที่มีสีอ่อนคือชั้นหุ้ม และส่วนที่มีสีเข้มคือวัสดุฐาน จะเห็นได้ที่ส่วนต่อประสานว่ามีการสร้างพันธะโลหะที่ค่อนข้างแน่น โดยมีโซนทรานสิชั่นบางๆ อยู่ตรงกลาง และขนาดของโซนทรานสิชั่นอยู่ที่ประมาณ 5 μm เนื่องจากในระหว่างกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ อุณหภูมิของวัสดุฐานจะต่ำและอุณหภูมิของแอ่งหลอมเหลวจะสูง ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิอย่างมากในแนวตั้งฉากกับส่วนต่อประสานระหว่างแอ่งหลอมเหลวและพื้นผิว ของเหลวในแอ่งหลอมเหลวจะเติบโตอย่างรวดเร็วตามทิศทางการกระจายความร้อนสูงสุดที่ตั้งฉากกับส่วนต่อประสาน ทำให้เกิดเดนไดรต์ที่ชัดเจน

ในเวลาเดียวกัน ด้วยการเพิ่มขึ้นของธาตุโลหะผสม เช่น B และ W ในโลหะหุ้ม โครงสร้างของโลหะหุ้มก็เปลี่ยนไปด้วย สารประกอบเฟสแข็งละเอียดกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอรอบ ๆ มาร์เทนไซต์ที่มีลักษณะคล้ายเดนไดรต์ ซึ่งมีบทบาทในการเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายตัว

2.2 ส่วนประกอบของโลหะหุ้ม

รูปที่ 2(a) แสดงการแบ่งพื้นที่การสแกนเส้นของตัวอย่างจากชั้นหุ้มไปยังพื้นผิว รูปที่ 2(b) แสดงการเปลี่ยนแปลงเนื้อหาของแต่ละองค์ประกอบในตำแหน่งที่แตกต่างกัน

จากการเปลี่ยนแปลงของปริมาณ Fe ชั้นทรานสิชั่นจะบางลงและอัตราการเจือจางของชั้นหุ้มจะต่ำมาก แสดงให้เห็นว่ากระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ช่วยควบคุมอัตราการเจือจางได้ ปริมาณธาตุ Cr และ Ni ไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก และการเผาไหม้ของธาตุก็น้อย

2.3 การทดสอบความแข็ง

ตารางที่ 3 และ 4 แสดงการกระจายความแข็งของพื้นผิวของโลหะหุ้มทั้งสองชนิด โดยเลือกช่วงค่า 5 ช่วง และนำ 1 คะแนนในแต่ละช่วงมาคำนวณค่าเฉลี่ย จากผลทางสถิติ พบว่าความแข็งของพื้นผิวของโลหะหุ้ม 50# อยู่ระหว่าง HRC52~2 และความแข็งของพื้นผิวของชิ้นงาน 54# อยู่ระหว่าง HRC57~2 ช่วงค่าความแข็งของโลหะหุ้มทั้งสองชนิดไม่แตกต่างกันมากนัก ซึ่งบ่งชี้ว่าการหุ้มด้วยเลเซอร์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อความผันผวนของความแข็ง ความแข็งของชิ้นงาน 1# สูงกว่าของชิ้นงาน 2# ซึ่งบ่งชี้ว่าเฟสการเสริมแรงแข็งบนพื้นผิวด้านในของชิ้นงาน XNUMX# เพิ่มขึ้น และยังสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอได้อีกด้วย

2.4 การทดสอบความทนทานต่อการสึกหรอ

การทดสอบดำเนินการบนเครื่องทดสอบการสึกหรอของหมุดดิสก์ ML-10 ขนาดตัวอย่างคือ Φ6×25 มม. โหลดทดสอบคือ 3 กก. กระดาษทรายคอรันดัมคือ 20# ความเร็วในการหมุนคือ 120 รอบต่อนาที เวลาสึกหรอคือ 10 นาที และใช้ตัวอย่างเหล็กชุบแข็ง 45# (51.2 HRC) เป็นมาตรฐานในการเปรียบเทียบ ในจำนวนนี้ ตัวอย่างโลหะหุ้ม 1# และ 2# เป็นตัวอย่างโลหะหุ้ม และตัวอย่างเหล็กชุบแข็ง 3# 45# ข้อมูลการทดสอบการสึกหรอแสดงอยู่ในตารางที่ 5

จากตารางที่ 5 จะเห็นได้ว่าภายใต้สภาวะการสึกหรอเดียวกัน อัตราส่วนการสูญเสียน้ำหนักเฉลี่ยของตัวอย่าง 1# คือ 2.063 9% และอัตราส่วนการสูญเสียน้ำหนักเฉลี่ยของตัวอย่าง 2# คือ 1.097 3% ซึ่งเท่ากับ 68% และ 36% ของการสูญเสียน้ำหนักของตัวอย่างการชุบแข็งเหล็ก 45 ในเวลาเดียวกัน ความต้านทานการสึกหรอของวัสดุโลหะหุ้ม 2# จะสูงกว่าของตัวอย่าง 1# ซึ่งบ่งชี้ว่าวัสดุทนทานต่อการสึกหรอใหม่ทั้งสองนี้มีความต้านทานการสึกหรอที่ดี

3. การซ่อมแซมองค์ประกอบเกลียว

เลือกองค์ประกอบเกลียวที่จะซ่อมแซมสำหรับการทดสอบยืนยัน (เลือกการสูญเสียการสึกหรอเป็น ≤ 4 มม.) และใช้ผงหุ้มเลเซอร์ 1# และ 2# สำหรับการซ่อมแซม และดำเนินการตรวจจับข้อบกพร่องและตรวจจับขนาด ผลลัพธ์แสดงอยู่ในตาราง 5 และรูปที่ 3

หลังจากการทดสอบและวิเคราะห์แล้ว พบว่าชิ้นส่วนสกรูที่ทำด้วยกระบวนการและวัสดุดังกล่าวข้างต้นไม่มีรอยแตกร้าวหลังจากตรวจพบข้อบกพร่อง PT และการเปลี่ยนแปลงขนาดของสไปน์รูด้านในนั้นอยู่ภายใน 0.12 มม. โดยพื้นฐานแล้ว (ตาราง 6) ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการออกแบบกระบวนการเดิม ดังนั้น วิธีการประมวลผลที่ใช้การหุ้มด้วยเลเซอร์เพื่อซ่อมแซมสกรูเดิมจึงเป็นไปได้

ข้อสรุป 4

(1) โลหะหุ้มได้รับการยึดติดกับพื้นผิวได้ดี ซึ่งประกอบด้วยเดนไดรต์มาร์เทนไซต์เป็นหลัก โดยมีคาร์ไบด์แข็งกระจายอยู่ระหว่างเดนไดรต์

(2) โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาด 5 ไมโครเมตรจะก่อตัวขึ้นระหว่างชั้นหุ้มและวัสดุพิมพ์ ของเหลวในสระที่หลอมละลายจะเติบโตอย่างรวดเร็วตามทิศทางการกระจายความร้อนสูงสุดที่ตั้งฉากกับอินเทอร์เฟซ ทำให้เกิดผลึกเซลล์และเดนไดรต์ที่เติบโตขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

(3) ความแข็งของโลหะหุ้ม 1# อยู่ระหว่าง 50 ถึง 52 HRC โดยเฉลี่ย และความแข็งของโลหะหุ้ม 2# อยู่ระหว่าง 54 ถึง 57 HRC โดยเฉลี่ย การสูญเสียน้ำหนักสึกหรออยู่ที่ 68% และ 36% ของเหล็กชุบแข็ง 45#

(4) ชิ้นส่วนสำเร็จรูปผ่านการทดสอบการเชื่อม และการเสียรูปโดยเฉลี่ยของชิ้นส่วนอยู่ภายใน 0.12 มม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนดความคลาดเคลื่อน