CN112064017A - 一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法 - Google Patents
一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112064017A CN112064017A CN202011028697.5A CN202011028697A CN112064017A CN 112064017 A CN112064017 A CN 112064017A CN 202011028697 A CN202011028697 A CN 202011028697A CN 112064017 A CN112064017 A CN 112064017A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cladding layer
- induction
- micro
- ultrasonic
- rolling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005253 cladding Methods 0.000 title claims abstract description 92
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 57
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 210000000695 crystalline len Anatomy 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
- C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
本发明涉及一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法，尤其是对表面的强化。本装置包括本装置包括工作台、丝杠、主电机、上顶针、三角卡盘、基体轴、熔覆层、感应线圈、感应电源、轧辊装置、下顶针、超声波发生器、齿条、齿轮、轧辊、轧辊臂、固定螺钉。在感应熔覆时辅助使用微轧制技术和超声波技术，该组合有效解决了单一感应熔覆时的不利影响。超声波技术消除了熔覆层在快速降温时由于基体熔覆层材料的物性差异在界面层上产生的残余拉应力。微轧制技术通过轧辊将熔覆层冷却时产生的枝状晶体碾碎，细化了晶体组织，抑制了气孔生成，修正了熔覆层形状。将微轧制技术和超声波技术应用在感应熔覆层上，进一步提高了熔覆层的致密性等性质。
Description
技术领域
本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法。
背景技术
随着科技的进步和轴类零件应用的日益广泛，人们对于轴的表面性能提出了更高的要求。轴的磨损、疲劳、腐蚀是零件破坏和失效的主要形式，这就要求零件本身具有较好的强度、刚度和稳定性，要求零件表面有较好的耐磨性、抗氧化性和抵抗冲击载荷的性能。常见的提升零件表面性能的制备方法有感应熔覆、激光熔覆、热喷涂、电镀等，而采用熔覆工艺具有易于形成冶金结合、涂层性能高和成本等优点。但单一方法制备的熔覆层具有较多缺陷，故采用多种方法进行弥补个中缺陷是一种很好的思想。
感应熔覆是通过感应线圈通过交变电流产生交变电磁场，在基体表面产生感应电流，因金属材料电阻的存在而产生焦耳热，从而感应加热形成涡流，待温度高于基体与涂层的熔点时，完成熔覆过程。熔覆层冷却时存在极速降温时间区间，又由于基体材料与熔覆层的材料的物性差异会在界面层上产生残余应力，进而产生裂纹。由于重力原因，融化的熔覆层会出现厚度不均匀、一侧流淌等问题。熔覆过程中熔覆层不可避免的产生气泡气孔。
超声波技术是利用超声波作用于零件表面时产生的一系列物理作用，可实现晶体组织的细化，消除上述熔覆层内形成的残余应力，减少裂纹的产生。
微轧制技术是利用微辊滚过熔覆层表面，对熔覆层施加物理压力的一种制备方法。通过材料的塑性变形来改善材料内部的各向异性，微辊通过正在冷却的熔覆层，将熔覆层内部产生的枝状晶状体压碎形成细小的十字形晶粒，细化了晶体组织，可减少气泡裂纹的产生。
微轧制技术通过轧辊对零件表面接触，可以塑造零件的形状，减小粗糙度。
目前大量的研究表明，采用感应熔覆复合超声冲击，可以减少残余应力，减少气孔和裂纹缺陷，但熔覆层的致密度并没有提高；采用感应熔覆复合微轧制工艺，可以提高熔覆的致密度，并能修正熔覆层的形状。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法，它将感应熔覆、超声波技术和微轧制三者组合起来，既可以提供熔覆层的致密度，还可以减少残余应力，减少气孔和塑造熔覆层形状，从而优化单一感应熔覆工艺，提高感应熔覆层的综合性能。
本发明采用如下技术方案：本装置包括工作台、丝杠、主电机、上顶针、三角卡盘、基体轴、熔覆层、感应线圈、感应电源、轧辊装置、下顶针、超声波发生器、齿条、齿轮、轧辊、轧辊臂、固定螺钉。所述工作台固定在地面上，丝杠和主电机固定在工作台上；所述上顶针、三角卡盘、下顶针固定在丝杠上；所述熔覆层涂覆在基体轴上，机体轴固定在上下顶针之间并水平同轴放置；所述感应线圈与基体轴同轴；所述感应电源、超声波发生器放置在工作台上；所述轧辊装置固定在丝杠上；所述齿轮与齿条相连；所述轧辊搭在轧辊臂上面；所述齿条通过固定螺钉固定在轧辊臂上。熔覆层预先涂覆在基体轴上，对熔覆层进行感应熔覆之后，控制主电机将熔覆层移动至超声波发声器对应位置，对其进行超声冲击，之后再将熔覆层移至两个轧辊之间，对其进行微轧制处理。采用超声冲击，可将熔覆层冷却时因温度梯度产生的残余拉应力消除，减少裂纹的产生，采用微轧技术，可使冷却时产生的较大枝状晶体转变为细小的十字形晶体，并可提高熔覆层的致密性，修正熔覆层形状，进而提高零件表面的整体使用性能。
本发明提供一种微轧制和超声波辅助感应熔覆层的装置。其工作方法主要包括：
(1)将待熔覆工件清洗打磨，保证工件厚度均匀、表面无锈蚀。
(2)将粘结剂粘结的金属粉末涂覆在基体轴上，并将基体轴固定在上下顶针之间，转动下顶针。
(3)转动齿轮调节两轧辊之间的距离。
(4)控制主电机移动，使熔覆层位于感应线圈中间，开启感应电源，预热一定时间后关闭感应电源。
(5)开启感应电源加热至熔覆层融化后关闭，控制主电机将熔覆层移至超声波发生器所对位置，对其进行超声冲击，再控制主电机将熔覆层移至两轧辊之间，进行微轧制。
(6)关闭超声波发生器。
(7)取下基体轴置与空气中冷却。
特别的，本装置采用超声波技术和微轧制技术相复合式的方式共同作用于感应熔覆层。
特别的，为了对轴类零件进行微轧制，设计了一种可调间距齿轮齿条式轧辊装置，根据熔覆层的尺寸调节轧辊之间的距离。
特别的，本装置工作时先对熔覆层进行超声冲击的同时进行冷却，待溶液不粘黏轧辊时再进行轧制。
本发明具有以下优点：
在感应熔覆时辅助使用微轧制技术和超声波技术，技术组合可以在最大程度上消除单纯的感应加热时留下的不利影响。在熔覆层极速降温区间采用超声波技术，可以消除熔覆层急速降温时产生的残余应力，减少裂纹的产生。采用微轧制技术，通过微辊将熔覆层在冷却时产生的枝状晶状体碾碎，，细化晶体组织，有效地抑制气孔的生成。将微轧制技术和超声波技术同时作用于感应熔覆层，显著提高了熔覆层的致密性，基本消除了残余应力，极大减少了裂纹、气孔等缺陷，强化了感应熔覆层的表面质量，改善了工件的综合使用性能。
附图说明
图1为本专利的整体示意图
符号说明
1.工作台2.丝杠3.主电机4.上顶针5.三角卡盘6.基体轴7.熔覆层8.感应线圈9.感应电源10.轧辊装置11.下顶针12.超声波发生器
图2位轧辊装置示意图
符合说明
13.齿条 14.齿轮 15.轧辊 16.轧辊臂 17.紧固螺钉
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及一种微轧制和超声波辅助的感应熔覆装置及方法。包括：1.工作台2.丝杠3.主电机4.上顶针5.三角卡盘.6.基体轴7.熔覆层8.感应线圈9.感应电源10.轧辊装置11.下顶针12.超声波发生器。图中工作台1固定在地上，丝杠2和主电机3分别固定在工作台1上；上顶针4和三角卡盘5相连并与下顶针11固定在丝杠2上；基体轴6固定在上下顶针之间，熔覆层7涂覆在基体轴6上；感应线圈8与感应电源9相连放置在与基体轴6同轴心处；轧辊装置安10装在丝杠2上，轧辊与基体轴1水平放置；超声波发生器12放置在工作台1上；
如图2所示，设计一种可调节间距齿轮齿条式轧辊装置；包括：13.齿条14.齿轮15.轧辊16.轧辊臂17.紧固螺钉。图中齿条13与齿轮14啮合，当齿条14转动时，上下齿条12反向运动；轧辊12与轧辊臂16相连，轧辊12可自由转动；齿条13通过紧定螺钉17与轧辊臂16相连；转动齿轮可调节两轧辊之间的间距。
下面以45号钢为基体轴，以熔点为960℃-1040℃的合金粉末NI60A为熔覆层，用以说明本发明的工作过程。其中基体轴直径为20mm，长度为500mm；感应电源功率为15KW，频率为30-80KHZ；熔覆层厚度为2mm；两轧辊之间的间距为23mm。
具体实施如下：
(1)将工件打磨去掉外层氧化膜后，用酒精擦拭，晾干，保证表面光滑无锈蚀。
(2)用粘结剂水玻璃混合合金粉末Ni60A，然后将Ni60A粉末粘合物均匀的涂覆在基体轴，厚度为2mm；完成后50℃下烘干10分钟，并常温下放置12小时，充分晾干。
(3)将基体轴固定在上顶针和下顶针之间，控制主电机将熔覆层移动到感应熔覆线圈中间，开启下顶针旋转，速度为50r/min。
(4)调整轧辊装置齿轮齿条结构，两轧辊便面距离为23mm；
(5)开启感应电源，预热3s，关闭电源；待熔覆层无烟气溢出后，重新开启感应电源，加热20s，再次关闭感应电源，同时间控制主电机将熔覆层移至超声波发生器对应位置；
(6)开启超声波发生器，对熔覆层进行超声冲击15s，关闭超声波发生器；
(5)控制主电机将熔覆层移至两轧辊之间，轧辊同基体轴一起旋转，持续30s；
(6)下顶针停止旋转，调整齿轮齿条增大轧辊间距；
(7)取下基体轴，冷却至室温待用。
上述实施例仅用于说明本申请，而非对本发明申请的限定，只要在本发明申请实质技术和方法范围内，对以上所述实施例的变化、增减都将落入本发明权利要求书的范围内。
Claims (4)
1.一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法，包括工作台、丝杠、主电机、上顶针、三角卡盘、基体轴、熔覆层、感应线圈、感应电源、轧辊装置、下顶针、超声波发生器、齿条、齿轮、轧辊、轧辊臂、固定螺钉。所述工作台固定在地面上；所述丝杠和主电机固定在工作台上，用来控制工作台上部件的移动；所述上顶针、三角卡盘、下顶针固定在丝杠上，与主电机相连，夹紧零件；所述熔覆层涂覆在基体轴上，基体轴卡在上下顶针之间并水平同轴放置；所述感应线圈与基体轴同轴，对熔覆层加热；所述感应电源放置在工作台上与感应线圈相连；所述超声波发生器放置在工作台上，对熔覆层进行超声冲击；所述轧辊装置固定在丝杠上，对熔覆层进行轧制；所述齿轮与齿条相连，控制两轧辊之间的距离；所述轧辊固定在在轧辊臂上，可自由旋转；所述齿条通过固定螺钉固定在轧辊臂上。
2.按照权利要求1所述一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法，其特征在于，采用超声波技术和微轧制技术相复合的方式共同作用于感应熔覆层。
3.按照权利要求1所述一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法，其特征在于，为了对轴类零件进行微轧制，设计了一种可调间距齿轮齿条式轧辊装置，根据熔覆层的尺寸调节轧辊之间的距离。
4.按照权利要求1所述一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法，其特征在于，本装置工作时先对熔覆层进行超声冲击的同时进行冷却，待溶液不粘黏轧辊时再进行轧制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011028697.5A CN112064017A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011028697.5A CN112064017A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112064017A true CN112064017A (zh) | 2020-12-11 |
Family
ID=73684067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011028697.5A Pending CN112064017A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112064017A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108546947A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-18 | 铜陵市大成轧辊有限责任公司 | 一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法 |
| CN109811339A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-05-28 | 中国石油大学(华东) | 一种超声振动辅助高频感应熔覆的装置及工作方法 |
| CN110643996A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-03 | 中国石油大学(华东) | 一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置 |
| CN111286733A (zh) * | 2020-03-28 | 2020-06-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层的方法 |
| US20200215614A1 (en) * | 2017-08-22 | 2020-07-09 | Harbin Engineering University | A combined ultrasonic micro-forging device for improving microstructure and mechanical properties of additive manufactured metal parts, and a related additive manufacturing method |
-
2020
- 2020-09-25 CN CN202011028697.5A patent/CN112064017A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200215614A1 (en) * | 2017-08-22 | 2020-07-09 | Harbin Engineering University | A combined ultrasonic micro-forging device for improving microstructure and mechanical properties of additive manufactured metal parts, and a related additive manufacturing method |
| CN108546947A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-18 | 铜陵市大成轧辊有限责任公司 | 一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法 |
| CN109811339A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-05-28 | 中国石油大学(华东) | 一种超声振动辅助高频感应熔覆的装置及工作方法 |
| CN110643996A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-03 | 中国石油大学(华东) | 一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置 |
| CN111286733A (zh) * | 2020-03-28 | 2020-06-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11318564B2 (en) | Device and method for electromagnetic induction heating-assisted laser additive manufacturing of titanium matrix composite | |
| CN109773340B (zh) | 一种针对碳钢表面的激光清洗与抛光复合加工方法 | |
| CN109759699B (zh) | 一种5083铝合金激光焊接工艺方法 | |
| CN106637200A (zh) | 一种热、声、磁复合能场辅助激光熔覆金属基陶瓷涂层的方法 | |
| CN107400887A (zh) | 一种超声滚压强化激光熔覆层的方法 | |
| CN109811339B (zh) | 一种超声振动辅助高频感应熔覆的装置及工作方法 | |
| CN110643996A (zh) | 一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置 | |
| CN103255412B (zh) | 一种用于轧辊工作面的激光熔覆高硬度材料的工艺方法 | |
| CN110860808B (zh) | 一种电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置及方法 | |
| CN108188565B (zh) | 一种制备组织可控的梯度纳米结构的装置和方法 | |
| CN109158831A (zh) | 一种激光辅助超声滚压表面改性的方法 | |
| CN107877016A (zh) | 钢对接的感应加热‑搅拌摩擦复合焊接方法及装置 | |
| CN211170898U (zh) | 一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置 | |
| CN110158010B (zh) | 一种基于热喷涂和感应熔覆技术的轴类零件制备方法 | |
| CN112663051A (zh) | 一种飞机起落架轮轴外螺纹局部损伤激光熔覆修复方法 | |
| CN112139667A (zh) | 一种热冲压成形钢超声辅助摆动激光焊接方法 | |
| CN110373666B (zh) | 一种用于金属零件再制造的电磁辅助激光同步熔覆装置及方法 | |
| CN112064017A (zh) | 一种超声波和微轧制辅助的感应熔覆装置及方法 | |
| CN111390373B (zh) | 一种用于钛合金材料对接的电流辅助热场搅拌摩擦焊方法 | |
| CN211921652U (zh) | 一种大型件搅拌摩擦焊随焊即成焊缝热处理装置 | |
| CN115091022B (zh) | 一种基于搅拌摩擦焊的裂纹修复及微增材方法 | |
| TWI621737B (zh) | 金屬表面機械輔助電熱合金化的製備方法 | |
| CN211848104U (zh) | 基于热喷涂和感应熔覆技术的高质量轴类零件制备装置 | |
| CN111421224A (zh) | 一种用于高电阻率合金的搅拌摩擦对接焊装置及其加工方法 | |
| CN207435546U (zh) | 一种基于超声—洛伦兹力复合振动的激光熔覆装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201211 |