WC-CeO2增强的Ni基定向能量沉积钢轨修复工艺研究

作     者：季思东 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎明印;王静

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：定向能量沉积技术 钢轨再制造 熵权-TOPSIS 碳化钨 稀土氧化物 

摘      要：随着中国铁路高速发展,其钢轨磨耗与损伤不断加剧,对钢轨进行在线修复是降低运营成本、减少资源浪费的必要手段。而定向能量沉积技术(DED)凭借基体损伤小、修复沉积层性能优异等特点,已经在制造行业被广泛使用。但DED工艺参数耦合关系复杂、粉末种类选取标准繁杂等因素已成为制约修复沉积层质量的主要障碍。因此,选择适合于钢轨修复的金属粉末与工艺参数是保证修复后的钢轨满足应用要求的关键。基于此,利用搭建VMC850E与IPG激光器的实验平台,以损伤的U71Mn钢轨为研究对象,深入分析工艺参数对沉积层形貌与质量影响规律,系统研究定向能量沉积粉末对沉积层微观形貌与质量的影响关系,主要研究内容如下:(1)针对工艺参数对钢轨沉积层修复质量耦合关系复杂问题,提出熵权-TOPSIS的工艺参数优化方法。采用熵权法真实反映工艺参数间复杂耦合关系,运用理想解法(TOPSIS)以熔深小、熔宽与熔高尺寸大为优化目标,定量分析工艺参数选取标准,避免设计大量正交实验获取工艺参数,解决工艺参数耦合关系繁杂问题,获取钢轨DED的理想工艺参数组合。(2)针对IN625金属粉末修复后的钢轨性仍难以满足钢轨服役性能需求,提出一种Ni-WC金属陶瓷复合粉末增强沉积层性能的方法,弥补陶瓷粉末与金属粉末搭配性差的缺点,提高沉积层耐磨性与硬度。通过不同Ni-WC粉末配比实验对沉积层性能、微观组织、经济性等方面综合分析,获得最适合钢轨的Ni-WC粉末配比参数。(3)针对陶瓷增强相的钢轨修复工艺易产生气孔、裂纹等缺陷问题,提出一种在金属陶瓷粉末中添加稀土氧化物Ce O的方式,达到进一步提高沉积层性能、抑制沉积层缺陷、细化沉积层组织、减少气孔与裂纹等缺陷的目标。设计相关实验,根据沉积层性能与微观组织等方面综合分析,确定适合钢轨的定向能量沉积粉末配比。