关于40CrNiMoA钢件的喷熔工艺研究

http://www.pf.hc360.com2014年08月01日08:47 来源:中国表面处理网T|T

    慧聪表面处理网:氧-乙炔火焰粉末喷熔是以氧-乙炔火焰为热源,把自熔性合金粉末喷涂在经过预处理的工件表面,在工件不熔化的情况,加热涂层,使其熔融并润湿工件,通过液态合金与固态工件表面的相互溶解与扩散,形成一层牢固的呈冶金结合的并具有特殊性能的表面熔敷层,可消除气孔和氧化物夹渣,使涂层与基体金属产生冶金结合。所以,喷焊层致密性好,结合强度高,具有优异的耐磨性。在航空上,重要的结构零件如机床主轴、涡轮轴、螺栓等,都是在多种性质的载荷下工作,受力状况比较复杂,要求具有较高的综合力学性能,都选用合金调质钢制造。

    40CrNiMoA是性能优良的调质钢,但在长期服役过程中,许多40CrNiMoA钢制零部件会产生磨损现象,尺寸减小,严重影响航空零部件的性能和工作可靠性,其中,较为严重的是零件表面的磨损。在工作中,遇到40CrNiMoA钢制涡轮轴的磨损超差修复,曾采用多种方法进行修复,效果都不是很理想。为提高它的使用寿命和可靠性,采用氧-乙炔火焰粉末喷熔工艺对它进行修复,修复后,喷涂层质量可完全满足使用要求。

    根据40CrNiMoA钢制涡轮轴的使用条件,喷涂材料选用钴基斯太立合金粉,其化学成分(质量分数,%)为:26~32Cr,4~6W,0.7~1.4C,余为Co;粒度200目。

    喷涂工艺流程如下:除油→喷砂→用丙酮擦洗表面→预热→预喷0.1mm保护层→喷涂工作层→缓冷→喷后修整。喷涂前需要对工件进行清洗,去除油污、水锈、氧化皮等。清理时,首先把涡轮轴装在喷涂机上旋转,用喷焊枪中性火焰烘烤,把表面油污逐渐吸出来烧掉,然后用喷焊枪清洗待修表面,再用干净棉纱蘸丙酮溶液擦洗工件表面,确保待修涡轮轴表面无油污。工件喷涂前要进行预热,其作用主要是提高工件表面与熔粒的接触温度,有利于熔粒的变形和相互咬合及提高沉积率;降低熔粒的冷凝速度,降低晶格内应力;使母材产生适当的热膨胀,在喷涂后随喷焊层一起冷却时,减少两者收缩量的差别,降低喷焊层的内应力,去除工件表面的水分。

    在预热时,用喷焊枪中性火焰直接对涡轮轴预热,预热温度260℃左右,以减少喷焊层与母材间的应力。为了减少预热过程中母材的氧化,在达到预热温度后,立即在待修表面预喷一层厚约0.15mm的镍包铝合金粉作预保护层,从而有效地保证喷焊层的质量。

    采用一步喷熔工艺,即喷粉和重熔同时进行。涡轮轴经预热和喷薄层保护粉预保护后,开始局部加热,当预保护粉开始湿润时,间歇地按动送粉开关喷粉,同时,将喷上去的合金粉熔融。喷粉时焰芯尖端与工件表面的距离为20mm左右,熔融时则为6~7mm。火焰向前移动时,再间歇喷粉并熔融。喷焊层厚度为1.5mm,焊后应缓慢冷却,以防止裂纹和变形。缓冷至室温后,即可进行磨削,磨削按图纸要求的尺寸和规定的粗糙度进行。

    工艺特点:

    (1)喷粉与重熔交替进行,在操作时只需用一把喷枪,工艺简单,操作灵活。由于喷粉和重熔交替进行,因此,要求粉末粒度细且均匀,合金粉的喷射方向要与表面垂直,以保证得到较好的结合效果。在喷熔过程中,除了要掌握好火焰移动的速度外,还要注意保持适当的喷涂距离。

    (2)输入工件热量少,工件变形较小,且喷熔层厚度可在较大的范围内变化,一般为0.8~1.2mm,最好不超过2mm。

    在洛氏硬度机上测定喷涂层的硬度,选择合适的钢球,将喷涂修复部位平稳放置,施加小负荷,时间控制在10s内,并校正刻度表尺指零位,然后放开操纵杆施加主载荷,15s后卸除主载荷,并读出刻度表的硬度值。经测定,喷焊层硬度为65HRC,满足使用要求。经渗透探伤检验,喷焊层组织致密,无微细裂纹、气孔等缺陷,喷焊层内在质量满足使用要求。

责任编辑:郑必佳

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