激光熔覆钴合金涂层提高重载轮轨耐磨性的方法与流程

本发明涉及一种激光熔覆钴合金涂层提高重载轮轨耐磨性的方法。方法。

背景技术：

为保证铁路系统的安全运行，轴重25吨以上的重载车轮、重载钢轨的最大磨损深度必须分别控制在35mm和13mm以内。重载工况下，车轮轮缘和钢轨侧面磨损量大，这些局部地区的磨损过快而导致重载车轮和重载钢轨(重载轮轨)的使用寿命短。激光熔覆技术在金属材料表面强化，提高耐磨性有着广泛的应用前景。fe基粉末材料由于成本低且耐磨性好，同时与常用碳钢材料成分相近，因此，将fe基粉末熔覆在钢轨表面，能有效提高其耐磨性。但是，将fe基粉末作为熔覆材料时，由于激光熔覆时fe基粉末材料的熔化及凝固速度很快，会导致熔覆层中组织不均匀，容易产生裂纹和气孔率偏大，导致其耐磨性有待提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光熔覆钴合金涂层提高重载轮轨耐磨性的方法，用该方法处理后的重载轮轨，耐磨性高，摩擦系数低、使用寿命长。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是，一种激光熔覆钴合金涂层提高重载轮轨耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角；所述的钴合金粉末的重量百分比含量为：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量为co。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

申请人发现本发明这种配比的钴(co)合金粉末能通过激光熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角形成优良、细密的熔覆组织结构；从而明显提高轮轨易磨部位的耐磨性，有效降低轮轨间的摩擦系数。

测试表明，采用本发明处理后的轮轨试样间的摩擦系数降幅达到43.66％；熔覆处理后的重载车轮较未熔覆的重载车轮磨损率降低78.18％，熔覆后的重载钢轨磨损率较未熔覆的重载钢轨磨损率降低80.43％。

进一步，本发明利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的具体作法是：激光器为多模横流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆的宽为6-10mm、深为0.8-1.2mm；搭接率为30％，激光束的能量密度为200w/mm²，从激光器的激光束出口到重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的距离为280-320mm，激光功率2.8-3.2kw，扫描速度180-220mm/min，激光束矩形光斑尺寸为1×7mm，离焦量为28-30mm，送粉速度为10～15g/min。

这样的操作参数和工艺，能保证co基合金粉末在多模横流co2激光器的作用下，充分的熔化并能均匀地熔覆在轮轨的易磨损表面，形成优良、细密的熔覆组织结构，从而有效提高轮轨的耐磨性，降低轮轨间的摩擦系数。

进一步，本发明所述的钴合金粉末的直径为50～150μm。

这样，既可以减少过细(＜50μm)的co基合金粉末的成本，又可以避免过粗(＞150μm)co基合金粉末熔化不均匀，而导致材料熔覆层出现气孔等缺陷。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明处理后的重载轮轨模拟实验测出的摩擦系数曲线。

图2是本发明处理后的重载轮轨模拟实验测出的磨损率直方图。

具体实施方式

实施例1

一种激光熔覆钴合金涂层提高重载轮轨耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角(即钢轨轨头面向轨道中心的内侧面)；所述的钴合金粉末的重量百分比含量为：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量为co。钴合金粉末的直径为100μm。

本例的利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的具体作法是：激光器为多模横流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆的宽为8mm、深为1.0mm；搭接率为30％，激光束的能量密度为200w/mm²，从激光器的激光束出口到重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的距离为300mm，激光功率3.0kw，扫描速度200mm/min，激光束矩形光斑尺寸为1×7mm，离焦量为29mm，送粉速度为12g/min。

耐磨性能测试实验

将本实施例方法处理后的重载车轮、重载钢轨和未经处理的重载车轮、重载钢轨，分别在mms-2a摩擦磨损试验机上进行磨损试验。试验时的轮转速380r/min，根据赫兹接触准则，在干态无润滑条件下模拟现场25吨轴重现场工况进行实验。

图1为实验获得的摩擦系数曲线；由图1可见，该实验过程中，熔覆合金后的轮轨间摩擦系数约为0.4，而未处理轮轨摩擦系数约为0.71，降幅达到43.66％。

图2是实验后分析车轮和钢轨的磨损率结果。图2表明：激光熔覆处理后的轮轨的磨损率显著降低，熔覆处理后的重载车轮磨损率降低78.18％，熔覆处理后的重载钢轨磨损率降低80.43％，减磨效果显著，降低磨耗对延长重载条件下轮轨寿命有着重要的意义。

实施例2

一种激光熔覆钴合金涂层提高重载轮轨耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角；所述的钴合金粉末的重量百分比含量为：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量为co。钴合金粉末的直径为50μm。

本例的利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的具体作法是：激光器为多模横流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆宽为6mm、深为1.2mm；搭接率为30％，激光束的能量密度为200w/mm²，从激光器的激光束出口到重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的距离为280mm，激光功率3.2kw，扫描速度180mm/min，激光束矩形光斑尺寸为1×7mm，离焦量为28mm，送粉速度为15g/min。

实施例3

一种激光熔覆钴合金涂层提高重载轮轨耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角；所述的钴合金粉末的重量百分比含量为：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量为co。钴合金粉末的直径为150μm。

本例的利用激光器将钴合金粉末熔覆在重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的具体作法是：激光器为多模横流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆宽为10mm、深为0.8mm；搭接率为30％，激光束的能量密度为200w/mm²，从激光器的激光束出口到重载车轮轮缘表面或重载钢轨的轨距角的距离为320mm，激光功率2.8kw，扫描速度220mm/min，激光束矩形光斑尺寸为1×7mm，离焦量为30mm，送粉速度为10g/min。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种激光熔覆钴合金涂层减轻重载车轮轮缘磨损和钢轨侧磨的方法，其作法是：利用激光器将钴合金粉末熔覆在轮轨的表面；所述的钴合金粉末的重量百分比含量为：1.1％的C、1.0％的Si、1.5％的Fe、28.5％的Cr、1.5％的Ni、4.4％的W、余量为Co。用该方法处理后的重载轮轨，耐磨性高，摩擦系数低、使用寿命长。

技术研发人员：王文健;郭火明;赵相吉;刘启跃;曹熙;郭俊;周仲荣
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2017.03.20
技术公布日：2017.08.29