球墨铸铁摩擦副激光熔覆处理层摩擦磨损研究

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1、球墨铸铁摩擦副激光熔覆处理层摩擦磨损研究刘安民1，汪新衡1，匡建新1，朱航生2(1.湖南工学院机械工程系；2.衡阳丰顺车桥有限公司产品部，湖南衡阳421002)摘要：采用激光熔覆技术在球墨铸铁表面制备了原位析出颗粒增强金属基复合材料表层。以激光强化的球墨铸铁为上试样、灰铸铁为下试样，进行了标准的SRV快速磨损试验。结果表明：熔覆层致密，冶金结合良好，与灰铸铁配副，磨损深度分别为0.84μm、1.79μm，摩擦系数在0.065~0.078内变化，摩擦系数随摩擦时间的增加呈逐渐降低的趋势；表现出了良好的耐磨性和配副性。关键词：激光熔覆；原位析出；球墨铸铁；摩擦系数；摩擦磨损Study

2、onFrictionandWearoftheCastIronFrictionSurfaceLayerbyLaserCladdingLIUAn-min1,WANGXin-heng1,KANGJian-xin1,ZHUHang-sheng2(1.Dept.ofMechanicalEngineering,Hu’nanInstituteofTechnology,;2.ProductsDivisionofHengyangFengshunAutomotiveAxleCO.LTD,HengyangHu’nan421002,China)Abstract:Thesituprecipitationp

3、articlereinforcedmetalmatrixcompositecladlayerwasfabricatedonductileironsurfacebylasercladdingusingpreplacedFeC-SiBalloypowders.TheOptimalSRVtestswerecarriedoutbyusinglasercladlayersasuppersamplesandgreycastironaslowsamples.Thetestsshowthatthecladlayerisdense,metallurgicalbondisfine.Thewearde

4、pthis0.84μm,1.79μmandfrictioncoefficientis0.065~0.078whenitiscomposedoffrictionwithgraycastiron.Thefrictioncoefficientisdecreasewiththeincreaseofweartime,Thatshowtheyhavegoodwearresistanceandpairof.Keywords:lasercladding;situprecipitation;ductileiron;frictioncoefficient;Frictionandwear1　引　言激光

5、强化技术可以直接作用在基体表面或通过添加高性能的材料，利用激光束的高功率密度以及极高的加热和冷却速度，使材料产生相变，获得微晶、非晶和亚稳态合金组织，从而在低等级材料表面制备具有优异性能的表层。其中通过激光熔覆工艺制备原位析出颗粒增强金属基复合材料表层是众多制备原位自生颗粒增强金属基复合材料技术中最经济、有效的方法之一[1~2]。相关的研究成果已有较多的报道，在熔覆合金成分设计、工艺参数的优化、颗粒原位析出的机制及其分布控制、裂纹的成因及控制等方面取得了重大的进展[3~5]，但针对其提高零件的抗磨和抗擦伤性能的具体工业化应用研究很少。本文以提高和改善内燃机活塞环-汽缸套关键摩擦副

6、磨损性能和配副性为工程应用的背景，利用激光熔覆技术在球墨铸铁表面制备原位析出颗粒增强金属基复合表层，以目前汽缸套广泛应用的灰铸铁材料为配副，模拟活塞环-汽缸套的工作环境，测量摩擦副磨损量和摩擦系数；利用扫描电子显微镜观察磨痕形貌，探索磨损机制；为进一步推动激光表面处理技术在内燃机关键零部件的应用提供工业参考。2　试验材料及方法2.1　试验材料　　激光熔覆强化工艺用基体材料为球墨铸铁，SRV摩擦学试验的缸套材料为灰铸铁，激光熔覆材料为自制的具有良好成型性的FeC-SiB系合金粉末[7]，添加适当比例的强碳化物形成元素Zr和V及少量的稀土氧化物CeO2。2.2　试验方法采用HJ-4横

7、流CO2激光器、国产数控激光加工机床进行激光熔覆试验，在试验过程中侧吹Ar气保护熔池。优化的激光工艺参数如下：输出功率为1.5~2kW，光斑直径为3~4mm，透镜焦距为300mm，扫描速度为3~5mm/s。实验完成后将试样置于空气中缓冷。激光熔覆试棒为Φ15.5mm×150mm，强化带位置开槽宽为2.5mm、深为0.5mm。在进行激光熔覆处理前，试棒上预置FeC-SiB+Zr+Ti合金粉末，预置粉末层堆高0.8~1.5mm。激光熔覆后，精磨，切断，制备成标准的SRV磨损试验上试样