離焦量對(duì)農(nóng)機(jī)深松鏟Ni60表面熔覆層質(zhì)量的影響

閆 勇，王宏立，李慶達(dá)，孫

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163316）

深松鏟在生產(chǎn)實(shí)踐長(zhǎng)期處于磨損、疲勞、腐蝕的使用環(huán)境下，工件表面易發(fā)生磨損失效[1]。黃永俊[2]應(yīng)用激光熔凝強(qiáng)化農(nóng)機(jī)刀具改善了其組織，提高了其性能，王宏宇等[3]對(duì)65Mn鋼表面滲硼層淬火等處理，袁曉明等[4]對(duì)旋耕刀提出表面鉻-淬火-回火熱處理工藝。金屬陶瓷涂層具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,如耐高溫、耐腐蝕、耐磨性良好等性能，并在耐磨性工件應(yīng)用上得到了廣泛的關(guān)注[5-9]。激光熔覆具有涂層與基體結(jié)合好、加工過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)異特征，而得到廣泛應(yīng)用[10-11]。離焦量影響熔覆層的受熱程度及熔覆時(shí)形成池大小，這直接影響熔覆層的性能。

本文以65Mn鋼為基體，在其表面熔覆Ni60合金粉末，使用CO2激光器在基材表面上制備出Ni60合金粉末涂層，將熔覆層與基材進(jìn)行耐磨對(duì)比，探究離焦量對(duì)熔覆層的硬度和晶粒組織的生長(zhǎng)方向特征影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 激光熔覆實(shí)驗(yàn)原理

本試驗(yàn)選用橫流CO2激光器。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為防止反射的激光對(duì)聚焦鏡的影響，激光頭傾斜一定度數(shù)，激光器的部件包括：CO2激光器、反射鏡、送粉器、振動(dòng)器、氬氣、熔覆層、工件、透鏡等。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料處理

實(shí)驗(yàn)所用的基材為65Mn鋼，試樣尺寸為10mm×500mm×500 mm?；膶?shí)驗(yàn)前對(duì)基體材料進(jìn)行由粗到細(xì)打磨，并用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，為使基體表面無(wú)油污、氧化膜、等雜質(zhì)，用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行干燥處理。熔覆材料為自熔性鎳基合金粉末，采用CO2激光器配備西門子數(shù)控系統(tǒng)可以達(dá)到精準(zhǔn)控制。融覆過(guò)程中采用Ar氣保護(hù)。通過(guò)單因素試驗(yàn)，得出熔覆層預(yù)置厚度為1.5 mm，工藝參數(shù)設(shè)置激光功率為5 500 W，掃描速度為550 mm/min，探討離焦量為350 mm、360 mm時(shí)激光熔覆層的耐磨性能。

2 離焦量對(duì)涂層組織及性能影響

2.1 熔覆層組織

離焦量的大小是決定光斑直徑大小及能量密度的因素。研究顯示離焦量越小，熔覆層粉末及基體表面融化深度越深，本實(shí)驗(yàn)分別選離焦量為350 mm和360 mm進(jìn)行熔覆，由于激光的高能量特點(diǎn)，會(huì)在激光照射的地方形成熔池，熔池深度的不同會(huì)產(chǎn)生不同的溫度梯度，因此在熔池開(kāi)始凝固時(shí),整個(gè)熔池的金屬液體溫度梯度G很大而初始熔池的凝固速度R很小，此時(shí)G/R比值趨于無(wú)窮大，表層的金屬向熔池周邊流動(dòng)形成平面晶；隨著熔池溫度的降低G/R比值逐漸變小，晶體開(kāi)始成核長(zhǎng)大向熔池底部成長(zhǎng)成樹(shù)枝晶。

2.2 耐磨性

離焦量對(duì)耐磨性的影響如圖1所示。涂層與基體相比，摩擦磨損量明顯降低，而且離焦量越大，摩擦磨損量越小，即耐磨性變好。當(dāng)離焦量為360 mm時(shí)耐磨性最好。

3 激光熔覆深松鏟與國(guó)產(chǎn)深松鏟作業(yè)磨損量對(duì)比

深松鏟試驗(yàn)在黑龍江農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，使用約翰迪爾4440型拖拉機(jī)配套兩種深松鏟安裝在農(nóng)機(jī)具上作業(yè)，計(jì)算其磨損量如表1所示，可知熔覆過(guò)的深松鏟較未熔覆的磨損量小，可證明熔覆可使深松鏟使用壽命延長(zhǎng)，減少了深松鏟的更換次數(shù)，降低了總體使用成本，也可用來(lái)修復(fù)磨損后的鏟子，熔覆具有極大的應(yīng)用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

表1 兩種深松鏟對(duì)比Tab.1 Comparison of two kinds of subsoil shovels

4 結(jié)論

離焦量為360 mm時(shí)，涂層與65Mn剛基體界面結(jié)合良好，最大硬度為950 Hv0.1，能夠保證較高的硬度，熔覆層的摩擦系數(shù)和磨損量較小，摩擦系數(shù)值波動(dòng)小，比65Mn鋼基體的摩擦系數(shù)35%左右，體現(xiàn)出良好的耐磨性。

通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)深松鏟表面的熔覆處理并進(jìn)行了田間試驗(yàn)，結(jié)果證明熔覆后的深松鏟較普通深松鏟耐磨損性能高，使用壽命更長(zhǎng)，節(jié)省了深松鏟的更換成本，增加作業(yè)效率，對(duì)于修復(fù)及加強(qiáng)深松鏟的性能具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及應(yīng)用意義。