CN111455288A - 一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料及再制造方法 - Google Patents

一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料及再制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆再制造方法，属于金属表面处理技术领域。本发明提供的模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料以质量百分数计，其包括以下组分：C：0.03％‑0.05％，Cr：17％‑19％，Ni：12％‑13％，Si：1.26％‑1.30％，Mo：2.3％‑2.7％，CaF：1.3％‑2.5％，余量为Fe。本发明提供的试验机转毂激光熔覆修复材料成分含量合理，有利于在试验机转毂再制造过程中，得到高质量的激光熔覆层，使再制造后得到的试验机转毂具有较高的硬度、耐磨性、减磨性能，极大提高了再制造后试验机转毂的使用寿命。

Description

一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料及再制造方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆再制造方法。
背景技术
轮胎高速、耐久性转毂试验机，是轮胎试验的关键设备之一。目前道路模拟试验机均采用计算机技术自动控制，工控机监控，保持轮胎的负荷在设定范围内，轮胎的加载、卸载都是由油缸驱动加载架，通过直线导轨副实现的。然而，经过大量的轮胎试验后，试验机转毂也存在较严重的磨损，其中转毂表面与轮胎长期接触的部位出现了环形凹槽，严重影响后续试验的准确性。整体更换转毂，造价高，不符合现代企业节约、环保的要求，而传统堆焊、等离子堆焊、喷焊等工艺方法，由于热变形大而无法采用；转毂本身是10-15mm厚薄优质合金钢板卷曲焊接而成的，直径尺寸达到2.0-3.0m，如何使得磨损后的试验机转毂实现再制造，成为汽车企业、汽车附件企业面临的一个实际问题。由于转毂属于大直径薄壁工件，其对热变形极为敏感，传统焊接修复方法由于过大的热输入，容易导致转毂热变形而报废，无法采用。激光熔覆技术具有热变形小，熔覆层与基体为冶金结合的特点，在转毂修复中具有无法替代的优势。
发明内容
本发明提供一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆再制造方法，采用本发明提供的试验机转毂的激光熔覆修复材料，容易实现试验机转毂的再制造，且本发明提供的试验机转毂再制造方法解决了埋弧焊、等离子堆焊、喷焊等现有技术容易导致修复后转毂因热变形大而报废的问题，也通过采用本发明的修复材料及激光熔覆再制造方法，提高了再制造后转毂的使用寿命，实际使用寿命超过了新转毂的3倍以上。
本发明提供一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，其包括以下组分：C：0.03％-0.05％，Cr：17％-19％，Ni：12％-13％，Si：1.26％-1.30％，Mo：2.3％-2.7％，CaF：1.3％-2.5％，余量为Fe。该组分中，Ni和Cr含量总和为29～32％，大于不锈钢中的两者总和，具有良好的耐磨损、耐腐蚀以及耐温性能，Mo元素具有细化晶粒的作用，CaF具有减磨作用。本申请成本设计中C含量很低，提高了粉末的激光熔覆性能，并很好避免了裂纹的产生。
优选地，所述试验机转毂的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目。
优选地，本发明还提供一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆再制造方法，其包括以下步骤：
S1、对试验机转毂的外表面进行车削；
S2、清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；
S3、将激光熔覆修复材料熔覆到步骤S2预处理后的试验机转毂的外表面，并采用在线修复，通过搭接操作架，完成激光熔覆，通过操作架，将刀具盘固定好，通过模拟试验机传动系统使转毂转动，进而实现激光熔覆前后疲劳基材和合金层的车削。
优选地，步骤S1中单边车削的厚度为2.0-3.0mm。
优选地，激光熔覆中激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为3800-4000W，扫描速度为500-650mm/min，搭接率为30％-50％，制备时采用多层激光熔覆进行制备。
优选地，所述步骤S3中激光熔覆处理所得熔覆层的厚度为3.0-4.0mm。
优选地，所述步骤S3中试验机转毂激光熔覆修复材料通过重力送粉的方式送达预处理后的试验机转毂外表面。
优选地，所述步骤S3中激光熔覆处理完成后，还包括对熔覆层依次进行无损检测和磨削处理，无损检测采用着色探伤，磨削处理的磨削量为1mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的试验机转毂激光熔覆修复材料成分含量合理，有利于在激光熔覆再制造过程中，得到高质量的熔覆层，使激光熔覆再制造得到的试验机转毂具有较高的硬度、耐磨性和减磨性能，极大提高了再制造得到的试验机转毂的使用寿命。实施例结果表明，本发明再制造得到的试验机转毂的硬度为HRC28-32、原优质合金钢板的硬度为HRC12-15；耐磨性比较原优质合金钢板提高3倍以上；减磨性比较优质合金钢板材质提高了1倍以上，使用寿命比较原材质新转毂提高3倍以上。
具体实施方式
以下将参考详细说明本发明的示例性实施例。
本发明提供一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，其包括以下组分：C：0.03％-0.05％，Cr：17％-19％，Ni：12％-13％，Si：1.26％-1.30％，Mo：2.3％-2.7％，CaF：1.3％-2.5％，余量为Fe。该组分中，Ni和Cr含量总和为29～32％，大于不锈钢中的两者总和，具有良好的耐磨损、耐腐蚀以及耐温性能，Mo元素具有细化晶粒的作用，CaF具有减磨作用。本申请成本设计中C含量很低，提高了粉末的激光熔覆性能，并很好避免了裂纹的产生。
优选地，试验机转毂的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目。
优选地，本发明还提供一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆再制造方法，其包括以下步骤：
S1、对试验机转毂的外表面进行车削；考虑转毂完成的均是轮胎的疲劳性能试验，在试验过程中合金层会有磨损，所以熔覆合金层加厚一些，选择为3-4mm，显著延长使用寿命。
S2、清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；
S3、将激光熔覆修复材料熔覆到步骤S2预处理后的试验机转毂的外表面。由于道路模拟试验机转毂属于合金结构钢薄钢板卷曲焊接而成，而且直径尺寸大，往往达到1.5-2.0m，并且由于转榖壁厚很薄，采用其他工艺方法由于热输入大，转毂容易产生热变形而失效，无法完成再制造；而激光熔覆具有热输出量小，热影响区小的特点，可以应用于转榖的再制造。
另外，由于转毂尺寸大，安装复杂，一般不拆卸进行维修和再制造，本发明采用的是在线修复，通过搭接操作架，完成激光熔覆，并通过操作架，将刀具盘固定好，通过模拟试验机传动系统使转毂转动，进而实现激光熔覆前后疲劳基材和合金层的车削。
优选地，步骤S1中单边车削的厚度为2.0-3.0mm。
优选地，激光熔覆中激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为3800-4000W，扫描速度为500-650mm/min，搭接率为30％-50％，制备时采用多层激光熔覆进行制备。
优选地，步骤S3中激光熔覆处理所得熔覆层的厚度为3.0-4.0mm。
优选地，步骤S3中试验机转毂激光熔覆修复材料通过重力送粉的方式送达预处理后的试验机转毂外表面。通过控制系统驱动步进电机旋转，控制送粉量，利用重力将粉罐中的合金粉末通过细管预置于转毂待熔覆表面。
优选地，步骤S3中激光熔覆处理完成后，还包括对熔覆层依次进行无损检测和磨削处理，无损检测采用着色探伤，磨削处理的磨削量为1mm。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
首先配制道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，包括以下组分：C0.03％，Cr17％，Ni12％，Si1.26％，Mo2.3％，CaF1.3％，余量为Fe，所配制的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目；对磨损后的试验机转毂的外表面进行车削，单边车削的厚度为2.0mm；清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；进行激光熔覆，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为3800W，采用重力送粉的方式，激光扫描速度为500mm/min，搭接率为30％，采用多层熔覆制备，所得熔覆层的厚度为3.0mm；对熔覆层进行无损检测；对熔覆层进行磨削处理，单边磨削量为1mm；将再制造后的转毂包装待用。
本实例再制造得到的试验机转毂的硬度为HRC29；耐磨性比较原优质合金钢板提高3.2倍；减磨性比较优质合金钢板材质提高了1.3倍；使用寿命比较原材质新转毂提高3.5倍以上。
实施例2
首先配制道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，包括以下组分：C0.05％，Cr19％，Ni13％，Si1.30％，Mo2.7％，CaF2.5％，余量为Fe，所配制的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目；对磨损后的试验机转毂的外表面进行车削，单边车削的厚度为3.0mm；清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；进行激光熔覆，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为4000W，采用重力送粉的方式，激光扫描速度为650mm/min，搭接率为50％，采用多层熔覆制备，所得熔覆层的厚度为4.0mm；对熔覆层进行无损检测；对熔覆层进行磨削处理，单边磨削量为1mm；将再制造后的转毂包装待用。
本实例再制造得到的试验机转毂的硬度为HRC31；耐磨性比较原优质合金钢板提高3.3倍；减磨性比较优质合金钢板材质提高了1.3倍；使用寿命比较原材质新转毂提高3.3倍以上。
实施例3
首先配制道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，包括以下组分：C0.03％，Cr17％，Ni13％，Si1.30％，Mo2.7％，CaF2.5％，余量为Fe，所配制的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目；对磨损后的试验机转毂的外表面进行车削，单边车削的厚度为3.0mm；清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；进行激光熔覆，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为4000W，采用重力送粉的方式，激光扫描速度为600mm/min，搭接率为50％，采用多层熔覆制备，所得熔覆层的厚度为4.0mm；对熔覆层进行无损检测；对熔覆层进行磨削处理，单边磨削量为1mm；将再制造后的转毂包装待用。
本实例再制造得到的试验机转毂的硬度为HRC30；耐磨性比较原优质合金钢板提高3.4倍；减磨性比较优质合金钢板材质提高了1.5倍；使用寿命比较原材质新转毂提高3.7倍以上。
实施例4
首先配制道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，包括以下组分：C0.03％，Cr19％，Ni12％，Si1.26％，Mo2.7％，CaF1.3％，余量为Fe，所配制的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目；对磨损后的试验机转毂的外表面进行车削，单边车削的厚度为2.0mm；清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；进行激光熔覆，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为3800W，采用重力送粉的方式，激光扫描速度为500mm/min，搭接率为50％，采用多层熔覆制备，所得熔覆层的厚度为3.0mm；对熔覆层进行无损检测；对熔覆层进行磨削处理，单边磨削量为1mm；将再制造后的转毂包装待用。
本实例再制造得到的试验机转毂的硬度为HRC32；耐磨性比较原优质合金钢板提高3.2倍；减磨性比较优质合金钢板材质提高了1.3倍；使用寿命比较原材质新转毂提高3.5倍以上。
实施例5
首先配制道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，包括以下组分：C0.05％，Cr18％，Ni12％，Si1.26％，Mo2.4％，CaF1.6％，余量为Fe，所配制的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目；对磨损后的试验机转毂的外表面进行车削，单边车削的厚度为3.0mm；清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；进行激光熔覆，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为4000W，采用重力送粉的方式，激光扫描速度为650mm/min，搭接率为50％，采用多层熔覆制备，所得熔覆层的厚度为4.0mm；对熔覆层进行无损检测；对熔覆层进行磨削处理，单边磨削量为1mm；将再制造后的转毂包装待用。
本实例再制造得到的试验机转毂的硬度为HRC28；耐磨性比较原优质合金钢板提高3.1倍；减磨性比较优质合金钢板材质提高了1.1倍；使用寿命比较原材质新转毂提高3.2倍以上。
实施例6
首先配制道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，以质量百分数计，包括以下组分：C0.05％，Cr17％，Ni13％，Si1.30％，Mo2.7％，CaF2.3％，余量为Fe，所配制的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目；对磨损后的试验机转毂的外表面进行车削，单边车削的厚度为2.0mm；清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；进行激光熔覆，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为3900W，采用重力送粉的方式，激光扫描速度为600mm/min，搭接率为50％，采用多层熔覆制备，所得熔覆层的厚度为3.0mm；对熔覆层进行无损检测；对熔覆层进行磨削处理，单边磨削量为1mm；将再制造后的转毂包装待用。
本实例再制造得到的试验机转毂的硬度为HRC29；耐磨性比较原优质合金钢板提高3.3倍；减磨性比较优质合金钢板材质提高了1.4倍；使用寿命比较原材质新转毂提高3.6倍以上。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，其特征在于：以质量百分数计，其包括以下组分：C：0.03％-0.05％，Cr：17％-19％，Ni：12％-13％，Si：1.26％-1.30％，Mo：2.3％-2.7％，CaF：1.3％-2.5％，余量为Fe,该组分中，Ni和Cr含量总和为29～32％，大于不锈钢中的两者总和。
2.根据权利要求1所述的一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料，其特征在于：所述试验机转毂的激光熔覆修复材料的粒度为135-325目。
3.一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆再制造方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、对试验机转毂的外表面进行车削；
S2、清洗车削表面，得到预处理的试验机转毂外表面；
S3、将激光熔覆修复材料熔覆到步骤S2预处理后的试验机转毂的外表面，并采用在线修复，通过搭接操作架，完成激光熔覆，通过操作架，将刀具盘固定好，通过模拟试验机传动系统使转毂转动，进而实现激光熔覆前后疲劳基材和合金层的车削。
4.根据权利要求3所述的激光熔覆再制造方法，其特征在于：步骤S1中单边车削的厚度为2.0-3.0mm。
5.根据权利要求3所述的激光熔覆再制造方法，其特征在于：激光熔覆中激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，激光的扫描功率为3800-4000W，扫描速度为500-650mm/min，搭接率为30％-50％，制备时采用多层激光熔覆进行制备。
6.根据权利要求3所述的激光熔覆再制造方法，其特征在于：所述步骤S3中激光熔覆处理所得熔覆层的厚度为3.0-4.0mm。
7.根据权利要求3所述的激光熔覆再制造方法，其特征在于：所述步骤S3中试验机转毂激光熔覆修复材料通过重力送粉的方式送达预处理后的试验机转毂外表面。
8.根据权利要求3所述的激光熔覆再制造方法，其特征在于：所述步骤S3中激光熔覆处理完成后，还包括对熔覆层依次进行无损检测和磨削处理，无损检测采用着色探伤，磨削处理的磨削量为1mm。
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