动车组车轴增材再制造材料选择和性能评价

目的 选择最佳材料用于动车组车轴的再制造,以符合车轴的力学性能及轮对压装技术要求。方法 以激光熔覆技术作为增材再制造技术工艺方法,选择不同化学成分的合金材料,通过熔覆金属的力学性能、线膨胀系数、过渡熔合区成分、稀释区组织以及硬度突变情况对比分析,确定最佳车轴再制造材料。对所选材料激光熔覆试件的宏观组织、微观组织、化学成分、硬度、力学性能进行检测,并开展轮对压装试验,通过光学显微镜、扫描电镜、纳米压痕法进行分析。结果 Schaeffler组分图预测Fe310、Fe314的激光熔覆金属熔合过渡区组织为奥氏体A+铁素体F组织,但是实际过渡区的硬度值高于600HV,说明有硬质马氏体相析出,而Fe310和NiCrMo合金的熔合区硬度值未发生突变,Fe310的力学性能略低于EA4T钢,且线膨胀系数与基体差距较大,因此不适用于车轴的再制造。选择NiCrMo合金作为车轴再制造增材材料,其熔覆金属的抗拉强度为790 MPa,屈服强度为542 MPa,冲击韧性为68 J/KU5,且具有相近的线膨胀系数。另外,NiCrMo合金纳米压痕的压缩弹性模量Er为180~185 GPa,与基体EA4T钢(185~190 GPa)相近,最终经再制造车轴的轮轴压装试验,其压装曲线的最大压装力在680~1160 kN范围内,曲线也符合标准要求。结论 选择NiCrMo合金作为动车组车轴再制造激光熔覆材料,其热膨胀系数、力学性能以及压缩弹性模量与基体EA4T钢相近,且激光熔覆金属过渡区域无脆硬的马氏体组织产生,并通过了轮对的压装试验,满足动车组压装曲线要求。     

动车组车轴激光增材再制造工艺评定及分析

为了研究动车组车轴增材再制造技术的可靠性和合理性,以CRH380A/AL动车组车轴EA4T钢为基体、NiCrMo合金为增材材料,采用激光熔覆工艺方法进行工艺评定。通过对激光熔覆接头的微观组织、抗拉强度、侧弯试验、冲击韧性试验以及冲击断口形貌SEM分析,虽然熔敷金属与基体材料化学成分差异较大,但接头的抗拉强度大于EA4T钢的最小抗拉强度(650 MPa),且延性断裂于母材;侧弯试验三区无开裂,塑性良好;熔敷金属为非稳态组织,热影响区为马氏体、回火索氏体和回火托氏体混合组织;熔敷金属和HAZ区夏比KU5冲击吸收均大于40 J,两者的冲击试样断口形貌均为韧性断裂。为进一步探索和研究车轴增材再制造工艺技术奠定了基础。     

工业CT成像技术在再制造界面典型缺陷研究中的应用与展望

介绍了工业计算机断层扫描技术(CT)成像技术的基本原理、组成和关键性能指标,激光熔覆增材再制造界面典型缺陷的形成机理,以及工业CT成像技术在再制造典型缺陷研究中的应用情况.针对激光熔覆增材再制造界面缺陷的特点,提出了工业CT成像技术在再制造界面缺陷分析中的研究难点,最后展望了工业CT成像技术在再制造界面典型缺陷研究中的...     

激光熔覆在高速列车上的应用研究现状

高速列车轮轨、制动盘、车轴是易发生磨损的部件,采用激光熔覆技术能有效改善磨损或对损伤部件进行修复。综述了激光熔覆应用于高速列车轮轨、制动盘、车轴的研究现状。归纳了现有研究中各部件所采用的熔覆材料。总结了不同部件所关注的性能,针对不同部件的特性,分析了其对激光熔覆层性能的需求和应采用的熔覆层性能测试方法。对于列车轮轨,旨在通过激光熔覆涂层提高其接触面抗磨损和抗滚动接触疲劳性能;对于制动盘,旨在通过涂层减小其摩擦磨损和热疲劳;对于车轴可采用激光熔覆技术对已损伤的部位进行修复,并应重点关注车轴修复后的疲劳性能。此外,提出了激光熔覆实际应用于高速列车部件上现存的几个关键问题,包括：激光熔覆热影响区组织对部件服役性能的影响;激光熔覆残余应力的影响;激光熔覆低效率和高稀释率的问题;激光熔覆组件热损伤问题。目前的研究主要集中于激光熔覆材料的选择和性能评价,而从组织演变、残余应力及服役性能三者综合考虑的轨道交通理论基础有待构建。     

高速动车组EA4T车轴激光增材修复研究

为验证激光增材修复技术在高速动车组车轴损伤修复应用中的可行性,在车轴基材上开展了激光修复工艺试验,重点研究激光功率和扫描速度对熔覆质量的影响,通过分析研究不同激光功率、扫描速度下所得试样的宏观熔覆形貌、宏观金相分析、显微硬度、金相组织等,筛选出较优的工艺参数,并进一步对熔覆试样的拉伸性能、冲击性能、应力腐蚀及疲劳试验等多项力学性能检测。结果表明,采用优化后的工艺参数在EA4T上激光熔覆IN625镍基粉末,其熔覆试样拉伸性能优于母材标准要求,冲击性能优于基材的冲击性能,疲劳寿命与基材相当,达到了车轴服役性能的要求,可用于后续高速动车组EA4T车轴上的修复。     

冲击载荷下液压支架再制造立柱强度分析

采用有限元方法分析冲击载荷下激光熔覆再制造立柱的强度以及再制造工艺参数对强度的影响规律。以?400 mm双伸缩立柱为研究对象,建立含有熔覆层的立柱三维模型,计算冲击载荷作用下再制造立柱熔覆层及基体的应力分布及大小,分析不同熔覆厚度、熔覆材料、激光功率等参数对再制造立柱强度的影响。结果表明：再制造立柱各级缸体的应力均小于材料的屈服极限,满足强度要求;中缸内壁熔覆层局部应力大于材料的屈服极限;增大熔覆层厚度、选用较小弹性模量材料或者减小激光熔覆功率有利于提高再制造立柱的强度。     

激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点.激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一,具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点,以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分,具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点,该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段.在我国,激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业.列举了激光再制造机械设备的典型案例,指出在我国开展重大装备的激光再制造,不仅具有广阔的市场前景,而且具有重大的经济效益和社会效益.     

激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点。激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一，具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点，以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分，具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点，该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段。在我国，激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业。列举了激光再制造机械设备的典型案例，指出在我国开展重大装备的激光再制造，不仅具有广阔的市场前景，而且具有重大的经济效益和社会效益。     

激光熔覆技术在汽车再制造领域的应用及前景

激光熔覆技术是一种新型的表面工程技术,目前正尝试应用于汽车零部件的再制造。结合汽车零部件再制造产业的发展,对激光熔覆技术进行了简述。对其在国内外汽车零部件再制造领域的研究与应用现状进行了综述。进而对激光熔覆技术进入汽车再制造产业所面临的主要问题进行了总结。最后指出了该技术在汽车零部件再制造领域的应用前景。     

基于激光熔覆的模具数字化快速修复技术研究

针对模具破损区域修复,提出了三维数字化再制造的技术方案,以CAD技术和激光熔覆技术为基础,实现了破损区域的三维修复轨迹建模、加工程序编辑和激光熔覆加工。并结合前处理工作,即激光熔覆参数调整试验、破损区域预处理和测量,以及熔覆后的机械加工等工作,完成了模具破损区域修复。     

铁路车轴表面强化技术研究与应用

车轴是列车转向架的核心部件之一,引发车轴失效的表面损伤形式主要包括腐蚀、微动磨损和外物致损。表面强化可改善车轴表面完整性,进而抑制裂纹萌生和延缓裂纹扩展,以提高车轴疲劳强度并延长剩余寿命。车轴表面强化技术主要包括滚压、喷丸及表面感应淬火。首先,概述了国内外普速和高速列车车轴表面强化技术的基本原理:滚压和喷丸等物理强化方式使车轴表面塑性变形硬化并引入残余压应力,表面感应淬火通过马氏体相变提高车轴表面强度并引入残余压应力。然后,重点综述了上述3种表面强化技术的研究进展及其在当前车轴制造过程中的应用,其中,深度滚压是车轴表面强化的主要方式,表面感应淬火主要应用于部分高铁车轴上,而喷丸在车轴上的应用尚少。最后,从经济性和安全性的角度对比了车轴表面强化技术的优劣:喷丸强化深度有限,不足以提高车轴剩余寿命;中碳钢车轴表面淬火方案在淬硬层深度和残余应力大小方面均优于合金钢车轴滚压方案。基于损伤容限设计的评价为未来车轴表面强化技术的研究和应用提供了借鉴。     

SiCf/SiC表面环境障涂层的基体无损去除方法

应用于碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC-CMC)表面的抗水氧腐蚀环境障涂层(EBC),在高速燃气冲刷等极端环境下长期服役后出现烧蚀、局部开裂或剥落等问题。为了循环再利用价格昂贵的CMC材料,亟待发展EBC修复技术,而去除原有EBC涂层是最重要和最基础的第一步。论文在研究EBC涂层的多层复杂结构及其力学行为基础上,基于EBC与基体的力学性能差异,提出了喷砂层剥的涂层去除方法。相比于化学腐蚀、高压水冲击、激光清洗等,该方法在确保基体无损方面具有明显的优势。利用自主研制的EBC去除装置,结合涂层去除前后的表面形貌分析,探究了去除工艺参数对涂层去除效果的影响规律,实现了涂层去除并明确了基体无损伤特征,讨论了涂层去除机理。无损CMC基体的EBC去除方法,为发展整套EBC维修再制造技术提供了基础支撑。     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

激光熔覆技术研究进展

激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好及工作环境无污染等优点。从激光熔覆喷头、激光熔覆工艺、激光熔覆材料、激光熔覆技术的工业应用这4个方面,综述了激光熔覆的研究进展。其中,在激光熔覆喷头方面,介绍了激光光斑的种类及转换原理和熔覆材料的引入方式,总结了激光束与粉束的耦合模式和熔覆喷头的种类,包括旁轴送粉熔覆喷头、光外同轴送粉喷头、光内同轴送粉喷头以及特殊工况下的熔覆喷头。在激光熔覆工艺方面,阐述了工艺参数对熔覆层宏观形貌和组织性能的影响,总结了激光熔覆复合工艺的辅助加工方法,论述了超高速激光熔覆新工艺的原理及技术优势,并介绍了激光熔覆过程控制的研究进展。在激光熔覆材料方面,阐述了熔覆材料的种类及增强相的添加方式。在激光熔覆技术的工业应用方面,介绍了激光熔覆技术在矿山机械、模具再制造以及铁路修复等领域的应用。最后对激光熔覆技术的发展趋势及应用前景做出了展望。     

激光再制造技术及其工业应用

针对机械装备修复技术，阐述了激光再制造技术概念及激光再制造系统构成：三维激光光束头、三维激光涂敷系统、CAD／CAM软件和控制检测系统。展示了30层连续熔敷后的组织形貌，说明组织和硬度都比较均匀，并介绍了若干激光修复工业应用实例。     

Influence of process conditions in laser-assisted low-pressure cold spraying

A laser-assisted low-pressure cold spraying (LALPCS) is a one-step coating process in which the laser irradiation interacts simultaneously with the spraying spot on the substrate or deposited coating surface in order to improve coating properties. It is expected that the LALPCS could be an effective method to improve a low-pressure cold sprayed coating deposition efficiency and denseness. The purpose of the additional energy from the laser beam is to create denser and more adherent coatings, enhance deposition efficiency and increase the variety of coating materials.In this study copper and nickel powders with additions of alumina powder were laser-assisted low-pressure cold sprayed on carbon steel. Coatings were sprayed using air as process gas. A 6 kW continuous wave high power diode laser and a low-pressure cold spraying unit were used in the experiments. The influence of laser energy on coating microstructure, density and deposition efficiency was studied. The coatings were characterized by optical microscopy and SEM. The coating denseness was tested with open cell potential measurements. Results showed that laser irradiation improved the coating denseness and also enhanced deposition efficiency.