Page 97 - 《橡塑技术与装备》2023年12期

工艺与设备 王立凯 等·挤压造粒机螺杆元件表面激光熔覆工艺研究

从 Fe 元素的含量变化看，过渡层较薄，堆焊层的
稀释率非常低，说明激光堆焊工艺有助于控制稀释率。
Cr、Ni 元素的含量变化不大，元素烧损较少。
2.3 硬度测试
表 3 和表 4 为两种熔覆金属表面硬度分布，选取
了 3 个范围，每个范围取 5 点，计算出平均值。根据
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统计结果可知，1 熔覆金属的表面硬度在 HRC50~52
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之间，2 试件的表面硬度在 HRC54~57 之间，且两种
熔覆金属的硬度变化范围差异性不大，说明激光熔覆
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对硬度的波动性影响很小。2 试件硬度高于 1 试件，
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说明 2 试件内部面的硬质强化相增多，耐磨性能也能
够增加。
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表 3 1 激光熔覆试样表面硬度
试样 测量值 /HRC 平均值 /HRC
1-1 51.2 50.4 50.4 50.2 50.3 50.5
1-2 52.3 51.7 52.7 51.7 52.9 52.3
1-3 51.0 52.5 52.1 52.3 51.8 51.9

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表 4 2 激光熔覆试样表面硬度
试样 测量值 /HRC 平均值 /HRC
2-1 54.3 54.7 54.1 55.2 55.0 54.5
2-2 57.6 58.5 58.3 56.8 54.9 57.2
2-3 56.2 56.2 58.3 58.3 56.8 57.1

2.4 耐磨性测试
图 3 激光熔覆后的螺杆原件
试验是在 ML-10 型圆盘销式磨粒磨损试验机上
进行。试样规格为 Φ6×25 mm，试验载荷为 3 kg，刚 经过检测分析，采用上述工艺和材料制定的螺杆
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玉砂纸 20 ，转速为 120 r/min，磨损时间为 10 min， 元件经过 PT 探伤检测后无裂纹，其内孔花键尺寸变
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用 45 钢淬火（51.2 HRC）试样作为标准进行比较。 化基本在 0.12 mm 以内（表 6），符合原工艺设计要求。
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其中 1 和 2 为熔覆金属试样，3 为 45 钢淬火试样。 因此，采用激光熔覆修复螺杆原件的工艺方法是可行
磨损试验数据如表 5 所示。 的。
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从表 5 中可知，在同等磨损条件下，1 试样平均 表 6 内孔花键修复前后尺寸对比
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失重比为 2.063 9%， 2 试样的平均失重比为 1.097 3%， 序号 焊前 焊后 差值
1 +0.52 +0.42 -0.10
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是 45 钢淬火试样的失重的 68% 和 36%。同时 2 熔覆 2 +0.51 +0.39 -0.12
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金属材料的耐磨性能高于 1 试件，说明这两种新型耐
磨材料具有良好的耐磨性能。 4 结论
表 5 磨损试验结果 （1）熔覆金属熔覆金属与基体结合良好，主要是
试样编号 磨损前重量 /g 磨损后重量 /g 失重差 /g 失重比 /g 以枝晶状马氏体为主，枝晶间弥散分布着硬质碳化物。
1# 6.628 00 6.491 20 0.136 80 2.063 9
2# 6.716 30 6.642 60 0.073 70 1.097 3 （2）在熔覆层与基体之间其形成细小的 5 um 的
3# 6.370 80 6.186 70 0.191 3 2.999 3 热影响区，熔池液体沿垂直于界面的最大散热方向快
速生长，形成了明显的向上生长的胞状晶、树枝晶。
3 螺旋元件修复 （3）1 熔覆金属硬度平均在 50~52 HRC，2 熔
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选取需要修复的螺旋元件进行验证试验（磨损量
覆金属的硬度平均在 54~57 HRC 之间，磨损失重是
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按≤ 4 mm 选取），分别使用 1 、2 激光熔覆粉末进 #
45 淬火钢的 68% 和 36%。
行修复，并进行探伤检测和尺寸检测，其结果如表 5，
（4）通过成品零件试焊，且检查零件尺寸变形量
图 3 所示。
平均在 0.12 mm 以内，均符合公差要求。
年
2023 第 49 卷 ·39·