等离子束熔覆技术在缸体缺陷修复中的研究.docx

等离子束熔覆技术在缸体缺陷修复中的研究李强 ，杨克立（中原工学院，河南 郑州）件之一工作在尘粉条件下的千斤顶油缸，经过几个周期的使用后 容 易 出 现 不 同 程 度 的 损 坏如：缸 体 出现椭圆损坏变形部位；内径表面磨损、局部出现腐 蚀斑点、凹坑；尺寸改变等经研究分析，其失效方摘 要： 针对液压支架缸体的使用条件，采用等离子熔覆技术修复其表面缺陷，在 钢基体上熔覆合金粉 末，形成金属基复合材料熔覆 层 该熔覆层硬度可达 该熔覆层与基体形成的冶金结合体具有较高的耐 磨性 能应 用 结 果 表 明，经 熔 覆 处 理，缸 体 使 用 寿 命 提 高倍，达到了良好的效果关 键 词： 等离子熔覆；熔覆涂层；硬度；缸体式主要是磨粒磨损与腐蚀磨损上述损坏致使立柱、千斤顶的密封性能大幅度下降，出现漏液、窜液现象，从而导致 整 个 设 备 瘫 痪缸 体 通 常 由 优 质 合 金无缝钢管制成，成本较高，如废弃则损失 严重，常需采取合理的后续修复处理工艺，否则会直 接影响煤矿的经济效益 钢主要化学成 分中图分类号： 文献标识码： ：缸体缺陷的修复问题（质量分数）见表矿用液压支架千斤顶油缸是液压系统的关键零表 钢的化学成分 （质量分数 ）成分含量 而形成合金熔覆层该技术能够根据工件的实际工况特点，有针对性地设计合金粉末的成分配比，在金 属表面获得优异的耐磨、耐蚀、耐热、耐冲击等性能 的表面复合层，对工件需要修复的局部位置进行 强化，从而以最经济、最合理的手段，大幅度提高工 件的使用寿命本文主要就等离子表面熔覆强化技 术在缸体表面局部缺陷修复上的应用进行研究试验原理及方法等离子熔覆的原理等离子熔覆技术是目前最先进的表面处理工程 手段之一其以等离子束为热源，迅速加热工件，使 工件表面形成熔池，同时将熔覆粉末送入熔池里随 着等离子炬和工件的相对移动，合金熔池逐渐凝固熔覆试验方法试验用 基 材 为 钢 板熔 覆 复 合 材 料 用 碳化硼、脱水硼砂、稀土硅合金粉、活化剂、还原剂及 稀释剂组成粉末涂料收稿日期：作者简介：李 强（），男，河 南 郑 州 人，高 级 实 验 师，主 要 从 事 金属材料热加工工艺研究成组技术与生产现代化年第卷第 期熔覆前采用预置法，用粘结剂将配制好的涂料涂敷于钢板上，厚度为，于常温下空气中干燥待用熔覆试验在 型等离子弧熔覆处理设备 上进行采用单道熔覆，熔覆宽度为 ，熔覆层 厚度 为 ，工 作 电 流 ，工 作 电 压采用氩气保护，保护气体流量 ，电离 气体流量 喷嘴离工件距离 ，扫描速 度 试 样 的组织观察采用 型金 相 显 微 镜试 样 的 硬 度 检 测 采用 洛氏硬 度 计 和 型 显 微 硬 度计在熔覆冶金层与基体的界面处形成的白亮的平面晶组织称为白亮层白亮层处于熔覆层与基体之 间，是等离子熔覆时的液固界面，厚约其形成 机理为：等离子熔覆时，基体微熔表面与涂层合金粉末发生搅拌，形成混合熔体，在淬火层与熔体界面的 非均匀形核位置上凝固而成白亮层根据结晶成分 过冷理论，基体温度低，液固界面温度梯度大，界面 稳定因子 （ 为温度梯度， 为凝固速度）很大， 故呈平界面方式凝固，形成具有一定宽度并平行于 基体的薄带 白亮层这与激光熔覆类似进一步观 察 分 析 发 现，存 在 于 基 体 表 面、熔 合区、涂层三者之间的白亮层晶界是连续的这一结果 说明，熔覆层与基体的结合为具有较高结合强度的 冶金结合由金相结构可看出，熔覆层组织主要由大量的树枝晶组成，见图在等离子束表面冶金合金过程 中，熔体的凝固是一个非平衡动态凝固过程，随着等 离子炬的移 动，金 属 的 熔 化 与 凝 固 是 同 时 进 行 的 在熔池的前半部分，合金粉末不断进入熔池熔化；在 熔池的后半部 分，熔 体 不断结晶而形成涂层在 熔 体的结晶过程中，非均匀形核显著在结晶过程中， 熔池体积小，熔池处于液态的时间很短，原子扩散不 充分，存在着较大的浓度梯度，故结晶形态出现树枝 晶这种树枝晶是由高强韧性固溶体及其上弥散 分布的大量硬质相构成的大量的树枝晶起耐磨骨 架的作用，可显著提高耐磨性近白亮层的基体由 于受到热传导和自激冷作用而形成淬火层传入基 体的热量使靠近白亮层的基体快速达到 钢 奥氏体化温度，等离子束移开后，靠自激冷作用和向 空气中散热而 产 生 相 变，形 成 马 氏 体由 于 加 热 及 冷却速度快，使 溶 入 钢中的含碳量达 不 到 平衡含碳量，奥氏体晶粒来不及长大，形成了细小板 条马氏体在基体内部，由于受热影响小，不足以发 生相变，因此其组织仍为珠光体和铁素体组织试验结果与分析等离子体熔覆层的组织形貌在金相显微镜下观察 钢等离子体熔覆 层组织形貌特征，发现试样横断面由 部分组成：熔 覆层、白亮层、淬火层和基体如图 所示对等离子体熔覆层硬度的分析等离子体熔覆层的显微硬度分布如图 所示由图 可看出，等离子熔覆层的显微硬度从表 面到基体呈梯度分布，最表层硬度较低，显微硬度平 均为 左右，近表层和 中 部 硬 度 较 高，显 微硬度可达到 ，而靠近基体的熔覆层 硬度又逐渐呈现出下降趋势， 技术创新与生产实践（）等离子熔覆强化技术修复液压支架千斤顶油缸缸体表面局部缺陷，可实现表层合金化及自激 冷淬火，是一种简便易行的金属表面强化方法（）该技术在煤矿、矿山、冶金、机械、建工等领 域有着极其广阔的应用前景，能够产生巨大的经济效益与社会效益参考文献： 刘家浚材料磨损原理及其耐磨性论北京：清华大学出 版社，： 中国机械工程学会热处理专业学会 热 处 理 手 册编 委 会热 处理手 册 （第 版，第 卷 ）北 京：机 械 工 业 出 版 社，：图等离子熔覆层的显微硬度分布曲线 陈颢，李惠东，李惠琪，等等离子束表面冶金与激光熔覆技 术 表面技术，（）： 刘邦武，李惠琪，张丽民，等等离子束表面冶金技术冶金过程 研究 材料导报，（）： 吴玉萍，刘 桦，王素玉等离子体表面熔覆 涂 层的显微组织 与 溶 质 分 布 中国有色金属学报，（）： 周尧和凝固技术北京：机械工业出版社，：熔覆层表层在加热过程中虽有氩气保护，但当等离子体弧移开后，表层液体中部分碳化物氧化烧 损，使其表层含 碳 量 较 原 粉 末 材 料 的 含 碳 量 降 低， 导致表层熔覆层硬度偏低；熔覆层近表层和中部组 织为细小的等轴晶，在细晶强化、弥散强化、固熔强 化的综合作用下，硬度较高；靠近基体的熔覆层硬度 下降是由于基体熔化导致熔覆层稀释的结果等离子熔覆层淬火层的硬度较 钢常规 淬火的硬度稍高这是因为等离子快速加热、快速冷 却导致马氏体组织细化的结果， （，）应用效果采用等离子表面熔覆强化技术修复缸体表面局部缺陷，与堆焊相比较，可提高生产效率 倍多；与 整体镀铜修 复 工 艺 相 比 较，修 复 周 期 缩 短 约 等离子熔覆修复缸体表面，可使其性能提高，成本降 低，耐磨损寿命比未熔覆强化提高 倍该修复 技术熔覆层与母材结合牢固，在缸体使用寿命期限 内不脱落，