一种和谐型机车车轴激光熔覆方法

本发明涉及激光熔覆，特别涉及一种和谐型机车车轴激光熔覆方法。

背景技术：

1、车轴为动车组走行机构的关键部件，直接影响轨道车辆的行车安全。车轴服役或检修过程中，车轴表面容易产生划伤、磕碰伤等(如图1所示)，当划伤深度超过相关标准规定时，需要进行报废处理，从而会造成严重经济损失。

2、采用再制造技术对损伤车轴进行修复，使其恢复原始尺寸和功能，对降低机车检修周期和制造成本具有重要意义。激光熔覆作为再制造技术代表性解决方案，具有热输入低、热影响区小、结合质量好等优点，在轨道车辆关键零部件再制造领域具有广阔应用前景。

3、激光熔覆技术利用激光为热源将熔覆材料和基材表层熔化，通过熔覆材料与基材冶金结合实现对失效产品再制造。由于要求再制造产品恢复所有功能属性，激光再制造对熔覆层成形质量(表面、内部质量、致密度)，显微组织(化学成分、晶粒度、硬度)，力学性能(拉伸性能、冲击性能、疲劳性能)均提出了严苛要求。

4、在显微组织方面，根据相关标准：tb t 1027.2-2015《机车车轴—第2部分车轴》部分，“要求晶粒度应大于或等于5级，且最高与最低级别差不超过3级”。根据该标准要求，熔覆层晶粒度达到5级成为再制造车轴检验合格的硬性指标，而激光熔覆熔池快速凝固的工艺特点极易导致熔覆层形成粗大柱状晶粒(如图2所示)，晶粒度仅为3-4级。现有技术中通过添加形核剂等措施调控晶粒度，虽然现有方法可一定程度细化晶粒，但将导致成形缺陷、力学性能下降等问题，无法满足车轴再制造要求。因此，需开发新的车轴激光熔覆晶粒度调控方法。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种和谐型机车车轴激光熔覆方法，解决了现有的晶粒度调控措施存在的成形缺陷、力学性能下降等问题。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种和谐型机车车轴激光熔覆方法，包括如下步骤：

3、s1、利用机车车轴的圆形坯料作为激光熔覆基板，对激光熔覆基板进行打磨，并用酒精清洗激光熔覆基板的表面，

4、s2、将步骤s1中处理后的激光熔覆基板进行激光熔覆试验，激光熔覆试验采用传统的激光熔覆技术，送粉方式采用同轴送粉，载粉及保护气体均为氩气，载粉气体的流速为5l/min，保护气体流速为14l/min，

5、s3、将激光熔覆技术的参数设置为：激光功率1200-1800w、扫描速度5-10mm/s、送粉量26g/min、离焦量为0离焦，光斑尺寸1.2mm、道间偏移量0.8mm。

6、进一步的，步骤s3的激光熔覆技术的参数设置为：激光功率1800w、扫描速度10mm/s、送粉量30g/min、离焦量为0离焦，光斑尺寸1.2mm、道间偏移量0.8mm。

7、技术方案的原理及效果：

8、根据tb t 1027.2-2015《机车车轴第2部分车轴》部分标准，车轴晶粒度应大于或等于5级，同理，熔覆层晶粒度大于或等于5级，成为再制造车轴检验合格必须满足的硬性指标要求。现有的激光熔覆技术为追求激光熔覆效率，主要采用大光斑模式，光斑直径3-5mm，大光斑模式下，熔池温度梯度和冷却速率降低，加上熔池主要通过车轴基体散热，极易形成定向生长的粗大柱状晶粒，晶粒度仅为3-4级，无法满足车轴再制造检验要求。现有晶粒度调控方法主要通过添加异质形核剂促进晶粒形核，但高熔点异质形核剂导致熔池粘度增加，熔池流动性下降，熔覆层成形质量差，同时，异质形核剂价格昂贵，增加了再制造成本，经济性较差。

9、本技术方案提供了一种减小光斑、增加扫描速度的激光熔覆工艺调控方法，能够解决现有晶粒度调控措施存在的成形缺陷、力学性能下降等问题，通过增加熔池冷却速率，提高晶粒形核密度，降低晶粒生长时间和空间，从而实现晶粒细化，小光斑模式下熔覆层平均晶粒尺寸减小至65.3±18.6μm，达到5级晶粒度标准，满足车轴再制造检验要求，进一步提升激光扫描速率，在实现晶粒度控制的同时获得了更高的制造效率。采用该技术制造熔覆层成形质量良好，无未熔合、微裂纹等缺陷，熔覆层高度超过1mm，满足车轴修复层高要求；并且熔覆层屈服强度、抗拉强度、延伸率均超过母材，满足车轴性能要求。本熔覆技术实现了熔覆层晶粒度、成形质量、力学性能协同控制，为激光熔覆技术应用于车轴修复奠定了基础。

10、与现有技术相比，本方案的有益效果：

11、本方案提供了一种小光斑模式下的激光熔覆技术，能够解决现有的晶粒度调控措施存在的成形缺陷、力学性能下降等问题，通过该技术产生的熔覆层平均晶粒尺寸减小至65.3±18.6μm，满足5级晶粒要求，同时，熔覆层成形质量良好，无未熔合、微裂纹等缺陷，熔覆层高度超过1mm，满足车轴修复层高要求；并且熔覆层屈服强度、抗拉强度、延伸率均超过母材，满足车轴性能要求。

技术特征：

1.一种和谐型机车车轴激光熔覆方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种和谐型机车车轴激光熔覆方法，其特征在于：步骤s3的激光熔覆技术的参数设置为：激光功率1800w、扫描速度10mm/s、送粉量30g/min、离焦量为0离焦，光斑尺寸1.2mm、道间偏移量0.8mm。

技术总结本发明专利公开了一种和谐型机车车轴激光熔覆方法，具体涉及激光熔覆技术领域。包括如下步骤：利用机车车轴的圆形坯料作为激光熔覆基板，对激光熔覆基板进行打磨，并用酒精清洗激光熔覆基板的表面，将激光熔覆基板进行激光熔覆试验，激光熔覆试验采用传统的激光熔覆技术，送粉方式采用同轴送粉，载粉及保护气体均为氩气，载粉气体的流速为5L/min，保护气体流速为14L/min，将激光熔覆技术的参数设置为：激光功率1200‑1800W、扫描速度5‑10mm/s、送粉量26g/min、离焦量为0离焦，光斑尺寸1.2mm、道间偏移量0.8mm。采用本发明技术方案解决了现有的晶粒度调控措施存在的成形缺陷、力学性能下降等问题，通过减小了熔池尺寸，提高熔池凝固冷却速率，减小晶粒生长时间，从而达到细化晶粒的目的。技术研发人员：李辉,宋立军,王殿龙,彭俊,马明明,罗国云,李宇超,程少杰受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2