Tecnologia de reparo de superfície de manga de rolamento fundida por revestimento a laser de alta velocidade

Na produção de fundição e laminação de chapas de alumínio, a manga do rolo de fundição é a principal peça de trabalho. Quando em serviço, a superfície da manga do rolo está sujeita à interação de alta temperatura e carga, o que muitas vezes afeta a vida útil e a qualidade da placa de alumínio devido ao aparecimento precoce de sulcos, rachaduras e desgaste. O preço da manga do rolo pode chegar a centenas de milhares de yuans por conjunto. Se falhar demasiado cedo, aumentará certamente os custos de produção e não contribuirá para melhorar os benefícios económicos das empresas de produção. A soldagem de superfície é o método tradicional de reparo da manga laminada, mas sua grande transferência de calor leva à deformação da matriz e afeta o efeito de reparo. Para resolver este problema, muitos especialistas e estudiosos propuseram o método de revestimento a laser para reparar a manga do rolo. Como uma tecnologia de modificação de superfície de alta tecnologia, o revestimento a laser tem características de alta precisão de processamento, pequeno grau de deformação térmica e menor quantidade de processamento de acompanhamento. Ligas à base de cobalto são amplamente utilizadas para revestimento a laser de reforço de superfície de materiais de aço devido à sua resistência a altas temperaturas, dureza e resistência à fadiga térmica.

A tecnologia de revestimento a laser de alta velocidade tem as características de alta eficiência de revestimento, alta taxa de utilização de pó e taxa de diluição ultrabaixa, e pode preparar rapidamente camadas de liga a laser na superfície de grandes peças rotativas em fase igual de mangas de rolo de fundição. A rugosidade superficial da camada de revestimento é baixa, o que favorece o processamento subsequente, economizando materiais de revestimento e superando os problemas de baixa eficiência e alto custo do revestimento a laser convencional. Os parâmetros do processo têm grande influência no desempenho da camada de revestimento. É premissa e chave melhorar o desempenho do rolo de fundição preparar a camada de revestimento a laser de alta velocidade com excelente qualidade, otimizando os parâmetros do processo.

Após a conclusão do revestimento de reparo da superfície, a rugosidade da superfície da luva do rolo fundido muitas vezes não consegue atender aos requisitos das condições reais de trabalho e precisa ser reprocessada por retificadora e outros processos. Portanto, a espessura e a rugosidade superficial da camada de revestimento tornam-se os principais índices para avaliar sua qualidade. Neste artigo, o aço de manga de rolo fundido 32Cr3Mo1V foi usado como matriz. Primeiramente, foi discutida a influência de diferentes parâmetros de processo na espessura e rugosidade superficial do revestimento à base de cobalto por revestimento a laser de ultra-alta velocidade. Depois de determinar a faixa ideal, os parâmetros ideais do processo foram otimizados por teste ortogonal de projeto. Foram analisadas a microestrutura e a microdureza do revestimento preparado utilizando os parâmetros ótimos, a fim de fornecer alguma base experimental e teórica para a exploração de uma tecnologia nova e mais eficiente para o reparo superficial e reforço da manga do rolo fundido.

O material de base do teste foi manga de rolo de fundição de alumínio 32Cr3Mo1V e laminação, e o material de revestimento foi pó de liga de Co-06 com tamanho de partícula de 15-53μm. A morfologia SEM do pó foi mostrada na Figura 1, e a composição foi mostrada na Tabela 1. Antes do revestimento, o pó foi seco em estufa de secagem a 120 graus por 120 min. As estrias e camadas de óxido na superfície da amostra foram removidas por retificação mecânica e o óleo foi limpo com álcool.

                                                                                                        Fig.1SEMimagemdeCo{1}}pó

Quando a potência do laser é de 2.500 W e a taxa de revestimento é de 15 m/min, a espessura da camada de revestimento do laser de ultra-alta velocidade aumenta com o aumento da taxa de alimentação de pó dentro de uma determinada faixa de parâmetros. Como a taxa de utilização do pó pode exceder 90% no processo de revestimento a laser de ultra-alta velocidade, a maior parte do pó de revestimento pode ser totalmente derretida acima da peça de trabalho e injetada na poça fundida no estado líquido. Com o aumento da taxa de alimentação de pó, mais pó de revestimento é injetado na poça de fusão em unidade de tempo e a espessura da camada de revestimento aumenta. Mas o teste também descobriu que quando a taxa de alimentação do pó é aumentada para a potência do laser e outros parâmetros não correspondem, não é suficiente para fazer com que a maior parte do pó de revestimento possa ser totalmente derretida na parte superior da peça de trabalho, e o não derretido ou o pó de revestimento semi-derretido afetará seriamente a qualidade de formação da camada de revestimento.

Quando a potência do laser é de 2.800 W e a taxa de alimentação de pó é de 30 g/min, a espessura da camada de revestimento diminui com o aumento da taxa de revestimento dentro de uma determinada faixa de parâmetros. A razão é que o revestimento de revestimento a laser de ultra-alta velocidade é composto de múltiplas camadas finas empilhadas na direção da espessura. Quando a taxa de sobreposição é constante, a espessura da camada fina determina diretamente a espessura da camada de revestimento. Quando a taxa de revestimento aumenta, a quantidade injetada na poça fundida na forma de gotículas por unidade de tempo diminuirá, reduzindo assim a espessura do revestimento fino único e, finalmente, a espessura da camada de revestimento.

Quando a taxa de alimentação de pó é de 15 g/min e a taxa de revestimento é de 15 m/min, não há correlação óbvia entre a espessura da camada de revestimento e a potência do laser dentro de uma determinada faixa de parâmetros. Como o revestimento a laser de ultra-alta velocidade produz apenas poças fundidas ultrafinas e mínimas na superfície do substrato, a taxa de diluição é extremamente baixa, a taxa de potência do laser tem pouco efeito no substrato e a taxa de utilização de ultra-alta velocidade o pó de revestimento a laser é muito alto, a quantidade de pó que pode ser derretida aumentando a potência do laser é limitada, portanto, a potência do laser não tem efeito significativo na espessura da camada de revestimento a laser de ultra-alta velocidade.

Através da observação da topografia macroscópica da superfície da camada de revestimento, verifica-se que dentro da faixa de parâmetros acima, a topografia da superfície da camada de revestimento muda significativamente apenas quando a taxa de revestimento muda. Verifica-se que quando a taxa de revestimento atinge 75 m/min, o formato da superfície da camada de revestimento é ruim e a rugosidade é alta, enquanto quando a taxa de revestimento é de 15 m/min ou 25 m/min, o formato da superfície do a camada de revestimento é melhor e a rugosidade é baixa ao mesmo tempo.

1. Em uma determinada faixa de parâmetros, a espessura da camada de revestimento aumenta com o aumento da taxa de alimentação de pó e diminui com o aumento da taxa de revestimento, e a espessura da camada de revestimento não tem correlação óbvia com a potência do laser .

2. Os parâmetros de processo otimizados são potência do laser de 2.500 W, taxa de varredura de 15 m/min e taxa de alimentação de pó de 30 g/min. Sob estes parâmetros de processo, a camada de revestimento pode obter maior espessura e microdureza.

3. A microestrutura da camada de revestimento a laser de ultra-alta velocidade é uniforme e fina, e há um fenômeno óbvio de delaminação do arco. As regiões inferior e intermediária da camada de revestimento são principalmente cristais colunares que crescem perpendicularmente à linha de fusão da interface camada de revestimento/matriz ou à linha de fusão sobreposta, e a direção de crescimento é altamente consistente. Há ligeiro espessamento dos grãos na região da linha de fusão. A direção de crescimento dos dendritos na região superior da camada de revestimento é relativamente desordenada.

4. A microdureza da camada de revestimento a laser de ultra-alta velocidade é significativamente maior do que a do substrato, o que contribui para melhorar a resistência ao desgaste da luva do rolo fundido.