發(fā)布時(shí)間：2021-05-19所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：用L9(34)正交試驗(yàn)法研究35CrMo旋轉(zhuǎn)接頭激光相變硬化工藝參數(shù)優(yōu)化組合，分析了旋轉(zhuǎn)接頭激光相變硬化方法。試驗(yàn)結(jié)果表明：激光相變硬化層硬度比滲氮淬火提高了30%，耐磨性提高了1倍，表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力;滿足了旋轉(zhuǎn)接頭工作要求，為改進(jìn)旋轉(zhuǎn)接頭表面處
摘要：用L9(34)正交試驗(yàn)法研究35CrMo旋轉(zhuǎn)接頭激光相變硬化工藝參數(shù)優(yōu)化組合，分析了旋轉(zhuǎn)接頭激光相變硬化方法。試驗(yàn)結(jié)果表明：激光相變硬化層硬度比滲氮淬火提高了30%，耐磨性提高了1倍，表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力;滿足了旋轉(zhuǎn)接頭工作要求，為改進(jìn)旋轉(zhuǎn)接頭表面處理方法提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：金屬學(xué)與金屬工藝;激光相變硬化;試驗(yàn);硬度;耐磨性;殘余應(yīng)力;旋轉(zhuǎn)接頭
0引言
為了提高35CrMo旋轉(zhuǎn)接頭的硬度、耐磨性，延長旋轉(zhuǎn)接頭的壽命，在實(shí)際生產(chǎn)中須對旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行硬化處理。傳統(tǒng)的處理方法常用滲氮淬火，淬硬層深度為0.3mm，能達(dá)到顯微硬度為HV600左右。由于激光相變硬化具有加熱速度快、熱影響區(qū)小、變形小、淬火硬度高等優(yōu)點(diǎn)[1]，在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。而激光功率P、光斑直徑D和掃描速度V等參數(shù)直接影響著激光相變硬化表面性能。下面探討了用激光相變硬化的試驗(yàn)方法，測定淬硬層表面的顯微硬度、耐磨性和殘余應(yīng)力，并與滲氮淬火性能進(jìn)行對比，以期為35CrMo旋轉(zhuǎn)接頭的激光相變硬化提供改進(jìn)依據(jù)。
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1試件制備
試樣材料是35CrMo，其化學(xué)成分及機(jī)械性能如表1所示[2]。試樣尺寸為30mm×20mm×10mm。
試驗(yàn)選取的激光功率P為0.8～1.5kW;光斑直徑D為3～4mm;激光掃描速度V為15～25mm/s;入射角為λ=0°。
2試驗(yàn)方法
2.1激光工作參數(shù)選擇
為了尋求理想的激光強(qiáng)化工藝參數(shù)，在對試件作初步試驗(yàn)觀察處理后，根據(jù)正交表選用原則[3]，以激光功率P、光斑直徑D、掃描速度V為主要元素安排L9(34)正交試驗(yàn)，其中一列參數(shù)賦閑，因素水平的確定、試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由極差法分析可以看出,激光工作參數(shù)P、D和V對材料表面硬度及硬化層深度都有影響，根據(jù)影響程度可選的激光工作參數(shù)組合方案為P3-V1-D2和兩種P3-V2-D2組合方案。考慮到顯微硬度和表面質(zhì)量，選擇P3-V2-D2方案進(jìn)行試驗(yàn)，即激光功率P=1500W、光斑直徑D=3.5mm、掃描速度V=20mm/s。
2.2試驗(yàn)方案
淬火前對試樣表面用86-1型黑色涂料涂覆，厚度約為0.1mm，用優(yōu)化后的參數(shù)在NEL2500A軸向快速流動工業(yè)CO2激光器上進(jìn)行激光相變硬化實(shí)驗(yàn)，激光器輸出模式為TEM01，沿試樣長度方向進(jìn)行單道掃描加熱，冷卻方式為自冷。經(jīng)激光處理的試樣從中間切開，制成金相試樣。使用HVS-1000型數(shù)字顯微硬度計(jì)測量硬化帶深度及沿深度方向的硬度值，用MM200磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性比較實(shí)驗(yàn)，用X-350A殘余應(yīng)力測試儀進(jìn)行殘余應(yīng)力測定。
3試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1顯微硬度
用HVS-1000型數(shù)字顯微硬度計(jì)測量硬化帶深度及沿深度方向的硬度值,結(jié)果如圖1所示。由圖1硬度分布曲線可知：激光相變硬化層深度約為0.6mm，表面硬度約為786HV，且硬化層的硬度分布幾乎無變化梯度;而滲氮淬火硬化層深度約為0.3mm，表面硬度約為600HV。激光相變硬化獲得高硬度的主要原因?yàn)閇1]：一是獲得晶粒極細(xì)的馬氏體;二是淬硬層中位錯(cuò)密度很高;三是表層形成壓應(yīng)力。
3.2耐磨性能
用MM200磨損試驗(yàn)機(jī)對兩個(gè)不同方法淬火試樣進(jìn)行耐磨性比較實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)選取磨塊為20CrMnTi，其硬度為990HV，在室溫、無潤滑的干摩擦條件下進(jìn)行，時(shí)間為2h。試驗(yàn)每0.5h測量1次磨損量，繪制成圖2。
由圖2可知，隨著磨損時(shí)間的增加，滲氮淬火試樣的磨損量急劇增大，而激光相變硬化試樣的磨損量變化不大。這是由于滲氮淬火的硬度分布自表面到內(nèi)部有明顯的硬度下降，表面硬度高，其耐磨性好，但隨著零件工作時(shí)的正常磨損，硬度明顯下降，隨之耐磨性下降，直至零件失效。激光相變硬化層沿深度方向幾乎無硬度變化，隨著零件工作時(shí)的正常磨損，表面硬化層雖然被磨去，新的摩擦接觸面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好。因此，不會發(fā)生磨損隨之加劇的現(xiàn)象，故大大提高了旋轉(zhuǎn)接頭的耐磨性能。
3.3殘余應(yīng)力
35CrMo鋼經(jīng)激光相變強(qiáng)化、滲氮淬火處理后，用X-350A殘余應(yīng)力測試儀對表面殘余應(yīng)力測試結(jié)果如圖3所示。激光相變硬化處理區(qū)的表面殘余應(yīng)力最大值為-232MPa，殘余應(yīng)力的影響深度達(dá)0.6mm，且硬化區(qū)殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力。
5結(jié)論
采用不同的噴焊材料，控制不同的噴焊工藝參數(shù)，可以得到不同的強(qiáng)化效果。以提高刀具耐磨性和自刃性為目的，通過改進(jìn)噴焊材料配比，以及噴焊工藝規(guī)范，延長了根茬粉碎刀具的使用壽命，其改進(jìn)的工藝規(guī)范為：噴焊材料配比為Ni60+35%WC，預(yù)熱溫度為450℃，乙炔流量為1000L/h，噴涂距離為20mm。——論文作者：駱有東
