Yüksek Hızlı Lazer Kaplama ile Döküm Rolling Sleeve'in Yüzey Onarım Teknolojisi

Alüminyum levha döküm ve haddeleme üretiminde döküm rulo manşonu ana çalışma parçasıdır. Hizmetteyken, rulo manşonunun yüzeyi, aşınma çukurlarının, çatlakların ve aşınmanın erken ortaya çıkması nedeniyle sıklıkla servis ömrünü ve alüminyum levhanın kalitesini etkileyen yüksek sıcaklık ve yük etkileşimine maruz kalır. Makaralı manşonun fiyatı set başına yüzbinlerce yuan'a ulaşabilir. Çok erken başarısız olursa, kesinlikle üretim maliyetlerini artıracaktır ve üretim işletmelerinin ekonomik faydalarını artırmaya yardımcı olmayacaktır. Yüzey kaynağı, rulo manşonun geleneksel onarım yöntemidir, ancak büyük ısı transferi, matrisin deformasyonuna yol açar ve onarım etkisini etkiler. Bu sorunu çözmek için birçok uzman ve akademisyen, silindir manşonunu onarmak için lazer kaplama yöntemini öne sürdü. Yüksek teknolojili bir yüzey modifikasyon teknolojisi olan lazer kaplama, yüksek işleme hassasiyeti, küçük termal deformasyon derecesi ve daha az takip işlem miktarı özelliklerine sahiptir. Kobalt bazlı alaşımlar, yüksek sıcaklık mukavemeti, sertlik ve termal yorulma direnci nedeniyle çelik malzemelerin lazer kaplama yüzey güçlendirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yüksek hızlı lazer kaplama teknolojisi, yüksek kaplama verimliliği, yüksek toz kullanım oranı ve ultra düşük seyreltme oranı özelliklerine sahiptir ve büyük dönen iş parçalarının yüzeyinde, döküm rulo kovanlarının eşit fazında hızlı bir şekilde lazer alaşım katmanları hazırlayabilir. Kaplama katmanının yüzey pürüzlülüğü düşüktür; bu, daha sonraki işlemlere, kaplama malzemelerinden tasarruf edilmesine ve geleneksel lazer kaplamanın düşük verimliliği ve yüksek maliyeti sorunlarının üstesinden gelinmesine yardımcı olur. İşlem parametrelerinin kaplama katmanının performansı üzerinde büyük etkisi vardır. Proses parametrelerini optimize ederek yüksek hızlı lazer kaplama katmanını mükemmel kalitede hazırlamak için döküm silindirinin performansını artırmanın öncülü ve anahtarıdır.

Yüzey onarımı kaplaması tamamlandıktan sonra, döküm rulo manşonunun yüzey pürüzlülüğü çoğu zaman gerçek çalışma koşullarının gereksinimlerini karşılayamaz ve taşlama makinesi ve diğer işlemlerle yeniden işlenmesi gerekir. Bu nedenle kaplama katmanının kalınlığı ve yüzey pürüzlülüğü, kalitesinin değerlendirilmesinde temel göstergeler haline gelir. Bu yazıda matris olarak 32Cr3Mo1V döküm haddeleme silindiri kovan çeliği kullanıldı. İlk olarak, farklı proses parametrelerinin ultra yüksek hızlı lazer kaplama ile kobalt bazlı kaplamanın kalınlığı ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi tartışıldı. Optimum aralık belirlendikten sonra optimal süreç parametreleri tasarım ortogonal testi ile optimize edilmiştir. Döküm merdane manşonunun yüzey onarımı ve güçlendirilmesi için yeni ve daha verimli bir teknolojinin araştırılmasına yönelik deneysel ve teorik bir temel sağlamak amacıyla, optimal parametreler kullanılarak hazırlanan kaplamanın mikro yapısı ve mikro sertliği analiz edildi.

Testin temel malzemesi 32Cr3Mo1V alüminyum döküm ve haddehane döküm merdane manşonuydu ve kaplama malzemesi 15-53μm parçacık boyutuna sahip Co-06 alaşım tozuydu. Tozun SEM morfolojisi Şekil 1'de, bileşimi ise Tablo 1'de gösterildi. Kaplamadan önce toz, 120 derece sıcaklıktaki kurutma fırınında 120 dakika kurutuldu. Numune yüzeyindeki dönme çizgileri ve oksit tabakaları mekanik taşlama ile giderildi ve yağ alkolle temizlendi.

                                                                                                        Şekil 1SEMimageofCo-06toz

Lazer gücü 2500 W ve kaplama hızı 15 m/dk olduğunda belirli bir parametre aralığında toz besleme hızının artmasıyla birlikte ultra yüksek hızlı lazer kaplama katmanının kalınlığı da artmaktadır. Ultra yüksek hızlı lazer kaplama işleminde toz kullanım oranı %90'ı aşabildiğinden, kaplama tozunun çoğu iş parçasının üzerinde tamamen eritilebilir ve sıvı haldeki erimiş havuza enjekte edilebilir. Toz besleme hızının artmasıyla birim zamanda eriyik havuzuna daha fazla kaplama tozu enjekte edilir ve kaplama tabakasının kalınlığı artar. Ancak test ayrıca, toz besleme hızının lazer gücüne yükseltilmesi ve diğer parametrelerin eşleşmemesi durumunda, kaplama tozunun çoğunun iş parçasının üstünde tamamen eritilebilmesinin yeterli olmadığını ve erimemiş veya yarı erimiş kaplama tozu, kaplama katmanının şekillendirme kalitesini ciddi şekilde etkileyecektir.

Lazer gücü 2800 W ve toz besleme hızı 30 g/dk olduğunda belirli bir parametre aralığında kaplama hızının artmasıyla kaplama katmanının kalınlığı azalmaktadır. Bunun nedeni, ultra yüksek hızlı lazer kaplama kaplamanın, kalınlık yönünde istiflenen çok sayıda ince katmandan oluşmasıdır. Örtüşme oranı sabit olduğunda, ince katmanın kalınlığı kaplama katmanının kalınlığını doğrudan belirler. Kaplama oranı arttığında birim zamanda damlacıklar halinde eriyik havuzuna enjekte edilen miktar azalacak, dolayısıyla tek ince kaplamanın kalınlığı ve sonuçta kaplama tabakasının kalınlığı azalacaktır.

Toz besleme hızı 15 g/dak ve kaplama hızı 15 m/dak olduğunda, kaplama katmanının kalınlığı ile lazer gücü arasında belirli bir parametre aralığında belirgin bir korelasyon yoktur. Ultra yüksek hızlı lazer kaplama, alt tabakanın yüzeyinde yalnızca ultra ince ve minimum miktarda erimiş havuz oluşturduğundan, seyreltme oranı son derece düşüktür, lazer güç oranının alt tabaka üzerinde çok az etkisi vardır ve ultra yüksek hızın kullanım oranı Lazer kaplama tozu çok yüksektir, lazer gücünün arttırılmasıyla eritilebilecek toz miktarı sınırlıdır, dolayısıyla lazer gücünün ultra yüksek hızlı lazer kaplama katmanının kalınlığı üzerinde önemli bir etkisi yoktur.

Kaplama katmanının makroskopik yüzey topografyasının gözlemlenmesiyle, yukarıdaki parametre aralığı dahilinde kaplama katmanının yüzey topografyasının yalnızca kaplama oranı değiştiğinde önemli ölçüde değiştiği bulunmuştur. Kaplama hızı 75 m/dk'ya ulaştığında kaplama tabakasının yüzey şeklinin zayıf ve pürüzlülüğünün yüksek olduğu, kaplama hızı 15 m/dk veya 25 m/dk olduğunda ise kaplama tabakasının yüzey şeklinin bozulduğu tespit edilmiştir. Kaplama katmanı daha iyidir ve aynı zamanda pürüzlülük de düşüktür.

1. Belirli bir parametre aralığında, kaplama katmanının kalınlığı toz besleme hızının artmasıyla artar ve kaplama hızının artmasıyla azalır ve kaplama katmanının kalınlığının lazer gücüyle belirgin bir ilişkisi yoktur. .

2. Optimize edilmiş işlem parametreleri, 2500 W lazer gücü, 15 m/dak tarama hızı ve 30 g/dak toz besleme hızıdır. Bu işlem parametreleri altında kaplama katmanı daha yüksek kalınlık ve mikro sertlik elde edebilir.

3. Ultra yüksek hızlı lazer kaplama katmanının mikro yapısı düzgün ve incedir ve belirgin bir kemer delaminasyon olgusu vardır. Kaplama katmanının alt ve orta bölgeleri çoğunlukla kaplama katmanı/matris arayüzünün füzyon hattına veya tur füzyon hattına dik olarak büyüyen sütunlu kristallerdir ve büyüme yönü oldukça tutarlıdır. Füzyon hattı bölgesinde hafif tane kabalaşması var. Kaplama tabakasının üst bölgesindeki dendritlerin büyüme yönü nispeten düzensizdir.

4. Ultra yüksek hızlı lazer kaplama katmanının mikro sertliği, alt tabakanınkinden önemli ölçüde daha yüksektir; bu, döküm rulo manşonunun aşınma direncini artırmaya yardımcı olur.