알루미늄 시트 주조 및 압연 생산에서 주조 롤 슬리브가 주요 작동 부품입니다. 사용 중 롤 슬리브의 표면은 고온 및 하중의 상호 작용을 받게 되며, 이는 마모 피트, 균열 및 마모가 조기에 나타나기 때문에 사용 수명과 알루미늄 판의 품질에 영향을 미치는 경우가 많습니다. 롤러 슬리브의 가격은 세트당 수십만 위안에 달할 수 있습니다. 너무 일찍 실패하면 확실히 생산 비용이 증가하고 생산 기업의 경제적 이익을 향상시키는 데 도움이 되지 않습니다. 표면 용접은 롤 슬리브의 전통적인 수리 방법이지만 열 전달이 크면 매트릭스 변형이 발생하고 수리 효과에 영향을 미칩니다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 전문가와 학자들이 롤러 슬리브를 수리하기 위해 레이저 클래딩 방법을 제시했습니다. 첨단 표면 개질 기술인 레이저 클래딩은 가공 정밀도가 높고 열 변형 정도가 작으며 후속 가공량이 적은 특성을 가지고 있습니다. 코발트 기반 합금은 고온 강도, 경도 및 열 피로 저항으로 인해 철강 재료의 레이저 클래딩 표면 강화에 널리 사용됩니다.
고속 레이저 클래딩 기술은 높은 클래딩 효율, 높은 분말 활용률 및 매우 낮은 희석률의 특성을 가지며 주조 롤 슬리브의 등상에서 대형 회전 공작물의 표면에 레이저 합금층을 신속하게 준비할 수 있습니다. 클래딩 층의 표면 거칠기가 낮아 후속 가공에 도움이 되고 클래딩 재료를 절약하며 기존 레이저 클래딩의 낮은 효율성과 높은 비용 문제를 극복합니다. 공정 매개변수는 클래딩층의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 공정 변수를 최적화하여 우수한 품질의 고속 레이저 클래딩층을 준비하는 것은 캐스팅 롤의 성능을 향상시키는 것이 전제이자 핵심입니다.
표면 수리 클래딩이 완료된 후 주조 롤 슬리브의 표면 거칠기는 실제 작업 조건의 요구 사항을 충족할 수 없는 경우가 많으며 연삭기 및 기타 공정을 통해 재처리해야 합니다. 따라서 클래딩층의 두께와 표면거칠기는 클래딩층의 품질을 평가하는 주요 지표가 됩니다. 본 논문에서는 32Cr3Mo1V 주조압연 롤슬리브강을 매트릭스로 사용하였다. 첫째, 초고속 레이저 클래딩에 의한 코발트 기반 코팅의 두께와 표면 거칠기에 대한 다양한 공정 매개변수의 영향이 논의되었습니다. 최적 범위를 결정한 후 설계 직교 테스트를 통해 최적 공정 매개변수를 최적화했습니다. 주조 롤 슬리브의 표면 수리 및 강화를 위한 새롭고 보다 효율적인 기술 탐색을 위한 실험적 및 이론적 기초를 제공하기 위해 최적의 매개변수를 사용하여 제조된 클래딩의 미세 구조 및 미세 경도를 분석했습니다.
시험 재료 및 방법
시험의 모재는 32Cr3Mo1V 알루미늄 주조 및 압연기 주조 롤 슬리브였으며, 클래딩 재료는 입자 크기가 15-53μm인 Co-06 합금 분말이었습니다. 분말의 SEM 형태는 Figure 1에 나타내었으며, 조성은 Table 1에 나타내었다. 코팅 전, 분말을 120도 건조오븐에서 120분 동안 건조하였다. 시편 표면의 회전 줄무늬와 산화층을 기계적 분쇄로 제거하고, 오일을 알코올로 세척하였다.
그림 1SEM이미지Co-06분말
|
C |
크롬 |
시 |
철 |
W |
니 |
모 |
망 |
공동 |
|
1.14 |
29.95 |
1.26 |
1.92 |
5.47 |
2.31 |
0.65 |
0.24 |
余量 |
코팅 두께에 대한 다양한 공정 매개변수의 영향
레이저 출력이 2500W이고 클래딩 속도가 15m/min인 경우 특정 매개변수 범위 내에서 분말 공급 속도가 증가함에 따라 초고속 레이저 클래딩 층의 두께가 증가합니다. 초고속 레이저 클래딩 공정에서는 분말 활용률이 90%를 초과할 수 있기 때문에 대부분의 클래딩 분말은 공작물 위에서 완전히 녹여 액체 상태로 용융 풀에 주입될 수 있습니다. 분말 공급 속도가 증가함에 따라 단위 시간당 더 많은 클래딩 분말이 용융 풀에 주입되고 클래딩 층의 두께가 증가합니다. 그러나 테스트에서는 분말 공급 속도를 레이저 출력으로 높이고 다른 매개변수가 일치하지 않을 때 클래딩 분말의 대부분을 공작물 상단에서 완전히 녹일 수 있고 녹지 않거나 녹지 않은 분말을 만드는 것만으로는 충분하지 않다는 사실도 발견했습니다. 반쯤 녹은 클래딩 분말은 클래딩 층의 형성 품질에 심각한 영향을 미칩니다.
레이저 출력이 2800W이고 분말 공급 속도가 30g/min인 경우 특정 매개변수 범위 내에서 클래딩 속도가 증가함에 따라 클래딩 층의 두께가 감소합니다. 그 이유는 초고속 레이저 클래딩 코팅이 두께 방향으로 적층된 여러 개의 얇은 층으로 구성되기 때문입니다. 중첩률이 일정한 경우에는 얇은 층의 두께가 클래딩층의 두께를 직접적으로 결정합니다. 클래딩 속도가 증가하면 단위 시간당 액적 형태로 용융 풀에 주입되는 양이 감소하여 단일 얇은 코팅의 두께가 감소하고 궁극적으로 클래딩 층의 두께가 감소합니다.
분말 공급 속도가 15g/min이고 클래딩 속도가 15m/min인 경우 클래딩 층의 두께와 특정 매개변수 범위 내에서 레이저 출력 사이에는 뚜렷한 상관 관계가 없습니다. 초고속 레이저 클래딩은 기판 표면에 매우 얇고 최소한의 용융 풀만 생성하기 때문에 희석률이 매우 낮고 레이저 출력 속도가 기판에 거의 영향을 미치지 않으며 초고속 활용률 레이저 클래딩 분말은 매우 높기 때문에 레이저 출력을 높여 녹일 수 있는 분말의 양이 제한되어 있으므로 레이저 출력은 초고속 레이저 클래딩 층의 두께에 큰 영향을 미치지 않습니다.
클래딩층의 거시적인 표면 지형 관찰을 통해, 상기 변수 범위 내에서 클래딩율이 변할 때만 클래딩층의 표면 지형이 크게 변화함을 알 수 있다. 클래딩율이 75m/min에 도달하면 클래딩층의 표면형상이 불량하고 거칠기가 높은 반면, 클래딩율이 15m/min 또는 25m/min에 도달하면 클래딩층의 표면형상이 거칠어지는 것을 알 수 있다. 클래딩 층이 더 좋고 동시에 거칠기가 낮습니다.
결론
1. 특정 범위의 매개 변수에서 클래딩 층의 두께는 분말 공급 속도가 증가함에 따라 증가하고 클래딩 속도가 증가함에 따라 감소하며 클래딩 층의 두께는 레이저 출력과 뚜렷한 상관 관계가 없습니다. .
2. 최적화된 공정 매개변수는 레이저 출력 2500W, 스캔 속도 15m/min 및 분말 공급 속도 30g/min입니다. 이러한 공정 매개변수 하에서 클래딩층은 더 높은 두께와 미세경도를 얻을 수 있습니다.
3. 초고속 레이저 클래딩 층의 미세 구조는 균일하고 미세하며 아치 박리 현상이 뚜렷합니다. 클래딩층의 하단과 중간 영역은 대부분 클래딩층/매트릭스 경계면의 융합선이나 랩 융합선에 수직으로 성장하는 원주형 결정이며 성장 방향이 매우 일관적입니다. 융합선 영역에는 약간의 입자 조대화가 있습니다. 클래딩 층의 상부 영역에서 수상돌기의 성장 방향은 상대적으로 불규칙합니다.
4. 초고속 레이저 클래딩 층의 미세 경도는 기판의 미세 경도보다 훨씬 높아 캐스트 롤 슬리브의 내마모성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.