一种超声滚压强化轴类零件表面激光熔覆层的修复工艺的制作方法

本发明涉及轴类零件修复并强化技术领域，更具体的涉及超声滚压强化轴类零件表面激光熔覆层的修复工艺。

背景技术：

激光熔覆技术是行之有效的一种再制造技术。它通过以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。该技术具有熔覆层组织致密、成形快、生产周期短、实现材料梯度功能、柔性化程度高可控性好等优点，因此应用前景十分广阔。

矿山机械中起搅拌作用的搅拌轴，轴承位容易发生磨损，其表面质量和尺寸精度达不到使用要求，导致机械运转不畅，甚至造成断轴或者更加严重的机械事故。因此需要对其表面修复，使其满足尺寸要求及使用所需的耐磨性、硬度等要求。目前采用的修复工艺是根据使用要求选择对应的粉末对其表面进行激光熔覆，使其达到相应的要求。但是该方法修复的表面疲劳性能差。

超声滚压是利用金属在常温下冷塑性的特点，运用超声波对金属表面进行无研磨机的研磨，使金属零件表面达到更理想的表面粗糙度要求；同时在零件表面产生理想的压应力，提高零件表面的显微硬度，耐磨性及疲劳强度和疲劳寿命。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于提供一种超声滚压强化轴类零件表面激光熔覆层的修复工艺，能够改善材料的表面粗糙度、硬度，提高材料的耐磨性及耐腐蚀性；并且提高疲劳强度。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种超声滚压强化轴类零件表面激光熔覆层的修复工艺，

s1：对需要修复的轴外圆表面进行第一次车削加工，除去一定量的外圆表层；

s2：对第一次车削加工后的轴进行激光熔覆处理，形成熔覆层，所述熔覆层的直径要略大于最终修复的轴外圆直径；

s3：对熔覆层进行第二次车削加工；

s4：对第二次车削加工后的熔覆层进行超声滚压强化处理，形成所需的修复直径。。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一次车削加工完全除去轴外圆表面的杂质。

在本发明较佳的技术方案中，所述激光熔覆后轴的熔覆层直径略大于最终修复的轴表面直径。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一次车削转速180-220r/min，进给量0.3-0.5mm/r，切削量0.3-0.5mm。

在本发明较佳的技术方案中，所述基体材料为45钢，熔覆粉末为316l奥氏体不锈钢，粉末粒度100-150微米。

在本发明较佳的技术方案中，所述激光功率1.8-2.0kw，粉盘转速为2.0-2.4r/min，送粉量决定熔覆厚度，如需改变送粉量，可由以上两个参数进行调节，气压为5.0-5.5q/min，氩气作为保护气，其流量为10-15l/min，焦距(加工表面到激光头的距离)58-64mm，光斑直径大于为4mm，搭接率40-55％。

在本发明较佳的技术方案中，所述第二次车削转速180-220r/min，进给量大约0.3mm/r，切削量0.2-0.3mm。

在本发明较佳的技术方案中，所述超声滚压强化中挤压变形量为0.06～0.1n，滚压速度为110～140m/min，车轴转速为100～120/min，进给速度为0.1～0.3mm/min，滚压冷却液为不锈钢专用切削液。

本发明的有益效果为：

与传统的激光熔覆修复表面的工艺相比，本发明提供修复方法，增加了超声滚压工艺，该工艺会在最终修复表面形成一层区别于基体材料的细晶结构层,该细晶结构层中的晶粒尺寸明显小于基体材料的晶粒尺寸；

细晶结构层的形成不仅改善材料的表面粗糙度、硬度,也会提高材料的耐磨性及耐腐蚀性。除此之外，该工艺在零件表面产生理想的压应力，使其疲劳强度大大提高；

本发明操作简单，修复层硬度高，修复层与基体形成良好的冶金结合，不会造成脱落；而且超声滚压后表层晶粒细小，且形成较大的残余压应力从而提高其疲劳性能。

附图说明

图1是本发明的表面修复改进工艺的步骤示意图；

图2是传统激光熔覆工艺原理示意图；

图3是超声滚压原理示意图；

图4是分别采用传统方法修复的熔覆表层金相组织；

图5是超声滚压强化方法修复的熔覆表层金相组织；

图6是晶粒尺寸大小(a1为传统修复方法，a2为超声滚压强化修复方法)；

图7是粗糙度；

图8是显微硬度(a1为传统修复方法，a2为超声滚压强化修复方法)。

附图标记：

1—激光束；2—粉末流；3—熔池；4—熔覆层；5—熔合区；6—热影响区；7—基体；8—工件；9—滚压工作头；10—变幅杆；11—压电陶瓷换能器；12—施加静压力。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1提供了一种超声滚压强化轴类零件表面激光熔覆层的修复工艺：

在本发明实施例中，所要修复的对象为矿山机械搅拌轴的一种，其材料为45钢，主要合金元素含量为：c：0.42～0.50、si：0.17～0.37、mn：0.50～0.80、cr≤0.25、ni≤0.30cu≤0.25；其表面可见明显磨损。

具体按照如下步骤进行：

s1，对要修复的轴外圆表面进行第一次车削加工(粗车)，除去一定量的外圆表层；对要修复的轴外圆表面进行粗车，粗车转速为180-220r/min，进给量为0.3-0.5mm/r，切削量0.3-0.5mm；

s2，激光熔覆，激光熔覆的厚度可根据具体的使用要求调整；熔覆层厚度为1.0mm，激光功率1.8-2.0kw，粉盘转速为2.0-2.4r/min(送粉量决定熔覆厚度，如需改变送粉量，可由以上两个参数进行调节)，气压为5.0-5.5q/min，氩气作为保护气，气流为10-15l/min，焦距(加工表面到激光头的距离)58-64mm，光斑直径大于为4mm，搭接率40-55％。激光熔覆处理后，熔覆层的直径要略大于最终修复的轴表面直径，以确保修复步骤完成后能达到所需的修复直径；

s3，对熔覆层进行第二次车削加工(精车)处理，除去因激光熔覆而形成的粗糙表面。精车转速180-220r/min，进给量大约0.3mm/r，切削量0.2-0.3mm；此处的切削量应考虑到后续的超声滚压还会造成轴尺寸的减少；

s4，对第二次车削加工后的熔覆层进行超声滚压强化处理，形成最终的修复直径，超声滚压挤压变形量为0.06～0.1n，滚压速度为110～140m/min，车轴转速为100～120/min，进给速度为0.1～0.3mm/min，滚压冷却液为不锈钢专用切削液，超声滚压完毕后造成尺寸减少0.01-0.02mm。因超声滚压会造成尺寸减少，所以超声滚压挤压变形量应结合制造误差以及使用尺寸由技术人员确定。

按照上述方法对矿山机械轴外圆表面进行修复，修复的检测结果如下：

a、分别检测传统方法和本发明修复的轴表面的残余应力，前者残余应力约450mpa，后者残余应力约-340mpa；

b、金相组织分析结果如图6，晶粒尺寸如图7，结果表明超声滚压后的表面存在明显的晶粒细化层，晶粒尺寸比基体减少65％，远远优于传统方法；

c、表面粗糙度如图4和图5，与传统方法修复的表面相比，本发明提供的方法修复的表面粗糙度整体较低，且分布较均一；

d、显微硬度如图8，本发明提供的修复工艺修复的表面显微硬度整体高于传统方法。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。