CN106244973A - 一种车轴轮座的喷钼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车轴轮座的喷钼方法，包括步骤：A、预热：基体预热温度至80‑100℃；B、喷砂：喷砂材料采用白口铸铁制成的直径为1.8‑2mm有棱角的铁粒，喷枪与工件之间的枪距为130‑150mm，喷枪火焰温度在140‑150℃；C、喷钼：采用氧‑乙炔火焰喷钼工艺，氧气压力为0.7‑0.8Mpa，乙炔压力为0.01‑0.09Mpa；氧气纯度为99.5‑99.9％，氧气与乙炔的体积比为1‑1.13:1；D、喷钢：以1Cr18Ni9Ti型号的不锈钢钢丝为原料进行喷钢操作；E、保温：工件外径达到φ40.6～φ40.8后，采用石棉保温箱进行随炉保温1‑2小时。本发明合理控制喷钼过程的工艺参数，增强了车轴轮座的强度，有效地解决车轴轮座的微动磨损和疲劳裂纹，提高车轴的使用寿命。

Description

一种车轴轮座的喷钼方法
技术领域
本发明涉及车轴表面涂层技术领域，特别地，涉及一种车轴轮座的喷钼方法。
背景技术
车轴是机车转向架的关键部件，直接关系着机车的行车安全。机车转向架有两个轮对，机车车辆上与钢轨相接触的部分，由左右两个车轮牢固的压装在同一根车轴上所组成，机车车辆在运行中加于车轴的载荷是不断变化的，而且由于车轮不停的旋转，车轴内产生交变应力。持续不断的微动磨损会使得机车车轴产生疲劳裂纹，给行车安全带来隐患。
而在车轴件的轮座部位表面进行喷钼涂层处理，可以有效地提高车轴表面的硬度和耐磨性能，能够显著地提高产品的表面强度，从而大大提高了使用寿命。
中国专利CN103014587B一种在曲轴轴面热喷涂钼涂层的方法，包括如下步骤：1、用铁皮或者高温胶带对工件的非喷涂面进行保护，确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层，对工件需要喷涂的表面进行检验，并用丙酮清洗工件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力；2、对需要喷涂的工件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为0.2-0.4MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光；3、把工件吊装在卧式转台上夹紧，用配重块把曲轴配重，以便于轻松而平稳地转动工件，工件转速为：线速度400-600mm/s；4、选择和设置热喷涂的工艺参数，其中，采用等离子喷涂时的工艺参数为：喷涂枪使用拉瓦尔枪嘴，喷涂距离：100-150mm，工作电流：550-660A，Ar气速度：40-50升/min，氢气速度：6-12升/min，送粉量：40±10g/min，冷却气压力：0.2-0.6MPa，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度：10-100mm/s；采用火焰喷涂时的工艺参数为：氧气速度：0.6-1m3/h，乙炔速度：0.4-1m3/h，压缩空气浓度：4-10Kg/cm3，冷却气压力：0.2-0.6MPa，喷涂距离：90-110mm，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度：10-100mm/s；5、在对工件喷涂前，先对工件用等离子喷枪进行预热，利用等离子弧的热量对需要喷涂的曲轴面进行加热，测得轴面温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；6、由于喷涂钼涂层具有放热作用，在热喷涂过程中不间断地监测曲轴表面温度，如果曲轴表面温度超过150℃，则停枪并对曲轴面进行冷却，当曲轴表面温度降低到60-100℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的钼涂层厚度为0.2mm左右时停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂。
喷钼工艺中的各种工艺参数对涂层性能影响很大，如喷涂距离、送丝速度、火焰参数、基体温度等，都会影响到粒子的氧化程度，从而影响涂层的硬度、孔隙率等。在喷涂过程中，需要不断的根据实际情况调整工艺参数来控制氧化程度。
发明内容
本发明目的在于提供一种车轴轮座的喷钼方法，以解决喷钼工艺参数不合理，从而影响车轴使用寿命的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种车轴轮座的喷钼方法，包括步骤：
A、预热：基体预热温度至80-100℃；
B、喷砂：喷砂材料采用白口铸铁制成的直径为1.8-2mm有棱角的铁粒，喷枪与工件之间的枪距为130-150mm，喷枪火焰温度在140-150℃；
C、喷钼：采用氧-乙炔火焰喷钼工艺，氧气压力为0.7-0.8Mpa，乙炔压力为0.01-0.09Mpa；氧气纯度为99.5-99.9％，氧气与乙炔的体积比为1-1.13:1；
D、喷钢：以1Cr18Ni9Ti型号的不锈钢钢丝为原料进行喷钢操作；
E、保温：工件外径达到φ40.6～φ40.8后，采用石棉保温箱进行随炉保温1-2小时。
优选的，喷砂步骤中，喷砂后工件表面粗糙度达到Ra6.3～12.5。
优选的，喷砂和喷钼步骤中，喷枪喷出的颗粒外周设置有惰性气体保护。
优选的，喷钼步骤中，送丝速度为450-500mm/min。
优选的，喷钼步骤中，钼丝的直径为1.8-2mm。
优选的，喷砂步骤中，喷枪只后退一次。
优选的，喷钼和喷钢步骤之前，在喷涂前用丙酮浸泡和清洗钼材和钢材。
优选的，保温步骤中，石棉保温箱的温度为78-85℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明合理控制喷钼过程的工艺参数，特别是喷砂过程中将喷枪与工件之间的枪距为130-150mm、喷钼过程中设定氧气与乙炔的压力和体积比、钼层之外再增加钢层，使得车轴轮座的喷镀环最大剪切力、附着剪切强度均优于对比实施例，增强了车轴轮座的强度，有效地解决车轴轮座的微动磨损和疲劳裂纹，提高车轴的使用寿命。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明公开了一种车轴轮座的喷钼方法，包括步骤：
A、预热：基体预热温度至80-100℃；
为了提高涂层与基体表面的结合强度，在喷涂前，对基体表面进行清洗除油、预热和表面粗化处理。预处理目的是去除表面油渍、油脂，并将基体温度提高至80-100℃，利于涂层粒子附着。
B、喷砂：喷砂材料采用白口铸铁制成的直径为1.8-2mm有棱角的铁粒，喷枪与工件之间的枪距为130-150mm，喷枪火焰温度在140-150℃。
热喷涂涂层形成过程决定了涂层的结构特点，喷涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构，涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地存在一些孔隙和空洞，并伴有氧化物夹杂。喷砂可以粗化、活化工件基材表面，使得后续的钼颗粒可以咬合在车轴表面的凹凸空隙中，保证较高的抗剪力和粘合强度，并且可以清除氧化皮，净化表面。喷砂材料采用铁粒，且不得重复使用，使得喷砂后工件表面粗糙度达到Ra6.3-12.5。工件表面只喷砂一次，并必须保证表面均被喷到。
喷涂距离对涂层质量影响很大，距离过大，微粒子的温度在飞行过程中快速降低，损失动能大，降低结合强度；距离过小，粒子带给基体的热能大，工件基体温度升高，造成基体和钼层的过热并产生收缩裂纹；同时由于钼层和基体的膨胀系数不同，冷却后钼层内应力增加，影响涂层结合强度。
并且，喷砂过程中，可以采用喷2-3个往返即停顿3-5分钟，喷枪也每3-5个往返后退5-10mm或者采用喷枪只后退一次的操作方案。
样件预热温度至80-100℃，样件喷完砂后依然能保留有80-100℃左右温度，用专用钢丝刷和压缩空气清除样件表面残留物后马上喷钼。
C、喷钼：采用氧-乙炔火焰喷钼工艺，氧气压力为0.7-0.8Mpa，乙炔压力为0.01-0.09Mpa；氧气纯度为99.5-99.9％，氧气与乙炔的体积比为1-1.13:1。
1个体积的乙炔完全燃烧的理论耗氧量为2.5个体积，由于喷钼时乙炔火焰是在空气中燃烧，外焰部分由空气中的氧助燃，则比例为1-1.13:1时形成中性火焰。氧气流量小，钼丝端部熔化速度不快，在火焰中保留的长度过长，端部表面则会急剧氧化，使得粒子颗粒变大，涂层硬度降低；氧气流量过大，则会氧化速度过快，被氧化过度的粒子过多，涂层脆性增大。在中性火焰时，得到的涂层效果最优。
钼丝的直径为1.8-2mm，喷枪的送丝速度为450-500mm/min；喷钼层厚度为0.12～0.3mm。送丝速度过快，会使钼材与火焰接触的时间过短，钼材粒子没有得到充分的熔化，颗粒过大，造成涂层的空隙变大；而速度过慢的话，会使粒子熔化过度，颗粒极细，降低涂层与基材的结合强度。
喷砂和喷钼步骤中，喷枪喷出的颗粒外周设置有惰性气体保护，有效的防止氧化物生成。在喷涂过程中，钼和不锈钢熔化后在空气中容易氧化，形成氧化物夹在涂层之间，降低涂层的结合强度。
D、喷钢：以1Cr18Ni9Ti型号的不锈钢钢丝为原料进行喷钢操作；
喷钼和喷钢步骤之前，可在喷涂前用丙酮浸泡和清洗钼材和钢材，去除表面氧化层。
E、保温：工件外径达到φ40.6～φ40.8后，采用石棉保温箱进行随炉保温1-2小时。
即钼层和钢层的涂层厚度达到4.6-4.8mm后，结束喷涂过程，随后为减少残余应力，在温度为78-85℃的石棉保温箱中进行保温。
具体实施例如下：
试件的加工：采用与车轴相同的材料25CrMo4V和热处理工艺，将试件加工成直径36mm,长118mm的圆柱体做试验基体材料。
在基体材料上进行喷涂的具体工艺参数如下表所示：
对以上实施例制得的样品进行性能检测。每一个样品剪切至少三个位置，其平均值作为该样品的终值。
剪切试验：按照相应的检验规程，将试件放在专用剪切管座上，置于压力试验机下加载约8500N/S，直至最下面的喷涂环被剪切下来，记录最大压力值。从剪切管座上取出被剪切下来的试样，测量被剪切部位的圆柱体直径，检测钼层的断裂情况并记录。拿掉被剪切下来的喷涂环后，对圆柱体的被剪切部位进行加工，使其能够容易放入剪切管座内，用同样的方法继续对中间和上面的喷涂环进行试验并记录结果。每次剪切试验前应当检查管座的刀口变形和损伤情况：采用光隙法检查整个喷涂环与剪切管座刀口平面贴合状态。建议采用淬火材料制作剪切管座。
评定：每个喷镀环环周面积A＝π·D·L＝1696.46mm2，测试每个喷镀环最大剪切力Fm(kN)的平均值和每个喷镀环附着剪切强度。
测得各个实施例的结果如下表所示：
由上表可知，本申请实施例1-7所制得的样品的最大剪切力和附着剪切强度均优于对比实施例。其中，对比实施例1和2样件喷砂后电镜检查发现喷砂后工件表面有微小裂纹，可能为工件喷砂时往返次数过多所致。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车轴轮座的喷钼方法，其特征在于，包括步骤：
A、预热：基体预热温度至80-100℃；
B、喷砂：喷砂材料采用白口铸铁制成的直径为1.8-2mm有棱角的铁粒，喷枪与工件之间的枪距为130-150mm，喷枪火焰温度在140-150℃；
C、喷钼：采用氧-乙炔火焰喷钼工艺，氧气压力为0.7-0.8Mpa，乙炔压力为0.01-0.09Mpa；氧气纯度为99.5-99.9％，氧气与乙炔的体积比为1-1.13:1；
D、喷钢：以1Cr18Ni9Ti型号的不锈钢钢丝为原料进行喷钢操作；
E、保温：工件外径达到φ40.6～φ40.8后，采用石棉保温箱进行随炉保温1-2小时。
2.根据权利要求1所述的喷钼方法，其特征在于，喷砂步骤中，喷砂后工件表面粗糙度达到Ra6.3～12.5。
3.根据权利要求1所述的喷钼方法，其特征在于，喷砂和喷钼步骤中，喷枪喷出的颗粒外周设置有惰性气体保护。
4.根据权利要求1所述的喷钼方法，其特征在于，喷钼步骤中，送丝速度为450-500mm/min。
5.根据权利要求1或4任一项所述的喷钼方法，其特征在于，喷钼步骤中，钼丝的直径为1.8-2mm。
6.根据权利要求1或4任一项所述的喷钼方法，其特征在于，喷砂步骤中，喷枪只后退一次。
7.根据权利要求1或4任一项所述的喷钼方法，其特征在于，喷钼和喷钢步骤之前，在喷涂前用丙酮浸泡和清洗钼材和钢材。
8.根据权利要求1或4任一项所述的喷钼方法，其特征在于，保温步骤中，石棉保温箱的温度为78-85℃。
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