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中国激光 2019年第10期46卷 155-165页

作者：刘干成黄博湖北工业大学机械工程学院

采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层,针对小模数齿顶较薄以及单道激光在齿轮中部能量过于集中易造成熔覆缺陷的原因进行分析,提出了采用双道激光在小模数齿面制备镍基合金涂层的方法,在保证激光总输入能量不... 详细信息

采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层,针对小模数齿顶较薄以及单道激光在齿轮中部能量过于集中易造成熔覆缺陷的原因进行分析,提出了采用双道激光在小模数齿面制备镍基合金涂层的方法,在保证激光总输入能量不变的条件下,将原有单束激光的能量按一定的能量配比方案分配到两个小光斑上,依次加工齿轮的齿顶和齿底。结果表明:采用双道1 mm光斑按4:6能量配比方案不仅减小了齿顶的烧蚀,还解决了齿轮中部能量过于集中的问题,涂层的稀释率显著降低,组织中含Fe、Ni的晶状奥氏体析出较少,富含Cr的粒状渗碳体析出较多,熔覆层组织整体的耐磨性和强度都优于单道激光熔覆层。双道激光熔覆工艺可显著提升小模数齿轮齿面镍基合金涂层的质量。

关键词：激光技术双道激光熔覆小模数齿轮稀释率微观组织工艺参数

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基于TRIZ理论解决小模数齿面激光熔覆缺陷的技术研究

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应用激光 2023年第4期43卷 16-27页

作者：刘干成黄翔宇吴德胜刘巧湖北省科技信息研究院湖北武汉430071

针对小模数齿轮齿面进行激光熔覆修复时容易出现熔覆缺陷、影响修复质量的问题,通过采用TRIZ理论中的冲突解决原理,对小模数齿轮激光加工的设备及工艺制备流程进行归纳分析,得到对应的创新工艺方法和优化路线。通过评估模型选择最佳的... 详细信息

针对小模数齿轮齿面进行激光熔覆修复时容易出现熔覆缺陷、影响修复质量的问题,通过采用TRIZ理论中的冲突解决原理,对小模数齿轮激光加工的设备及工艺制备流程进行归纳分析,得到对应的创新工艺方法和优化路线。通过评估模型选择最佳的创新原理,最终采用物理矛盾的解决思路,将光束能量进行有效分配,将原有的单道光束改为多道光束,针对不同部位施加不同能量密度的光束,有效改善高斯光源特性。通过单一变量法试验验证得到,在双道直径1 mm光斑下的激光熔覆涂层中晶状奥氏体析出较少,粒状渗碳体析出较多,涂层的硬度和耐磨性比单道激光熔覆更高,齿面具有更高的抗胶合、抗点蚀和抗磨损能力,满足修复后齿轮齿面工艺强度要求。

关键词： TRIZ 激光熔覆小模数齿轮双道激光熔覆

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双道激光加工小模数齿轮齿面镍基合金涂层的应用研究

双道激光加工小模数齿轮齿面镍基合金涂层的应用研究

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作者：刘干成湖北工业大学

学位级别：硕士

为了提高小模数齿轮表面镍基合金涂层的质量效果,本文中提出一种使用双道激光依次加工齿轮齿顶和齿底部位镍基合金涂层的加工方法,并与传统单道齿面激光熔覆的效果进行对比分析。主要研究内容如下:(1)分析了激光工艺参数对熔覆层宏观形... 详细信息

为了提高小模数齿轮表面镍基合金涂层的质量效果,本文中提出一种使用双道激光依次加工齿轮齿顶和齿底部位镍基合金涂层的加工方法,并与传统单道齿面激光熔覆的效果进行对比分析。主要研究内容如下:(1)分析了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌的影响以及齿面单道激光熔覆在不同激光功率密度下的熔覆层显微组织形貌以及元素成分,实验结果表明:随着激光功率密度的增加,熔覆层内部的柱状晶枝变多,晶间组织的含量越少,熔覆层与基材之间亮白色冶金结合带越发明显,熔覆层表面的均匀性和连续性都有较大提高并且截面形貌发生改变。当激光功率密度为31.8 KW·S·CM时可以看出熔覆层冶金结合带区域与基材之间的孔隙基本消失,熔覆层与基材之间的结合牢固,过渡更加自然,但熔覆层的稀释率较大、对基材的齿顶部位的烧蚀明显、基材熔深深度较大以及涂层组织晶粒过于粗大的问题并没有得到很好解决。(2)对小模数齿面单道激光制备镍基合金涂层容易产生熔覆缺陷的原因进行分析:一方面激光光源为高斯热源,光源中间能量较高,容易造成齿面中部基材熔深较大影响涂层组织性能;另一方面小模数齿轮齿形特殊,齿顶部位较薄,在加工过程中容易对齿顶部位产生过度烧蚀,增加后期齿形修复难度。因此提出了双道激光加工小模数齿面镍基合金涂层的加工思路,即在保证激光总输入能量不变的条件下,将原有单束激光的能量按一定的能量配比方案分配到两个小光斑上,依次加工齿轮的齿顶部位和齿底部位。(3)将单道与双道激光工艺下加工出的熔覆涂层进行综合对比判断,在双道1mm光斑下的激光熔覆工艺对原有高斯激光光源的能量分布状态起到了一定的优化作用,激光能量由在齿轮中间部分过于集中转变为按照功率密度配比4:6的方式分配到齿轮的齿顶和齿底部位,不仅基材齿顶部位的宽度相比单道激光熔覆由340.84μm增加到460.61μm,而且涂层稀释率由34.54%降低到27.28%,其次采用双道1mm光斑下的涂层组织相比单道激光熔覆更加均匀细腻,基本上都呈现出细条状分布的趋势,涂层与基材之间存在一条元素相互扩散形成的冶金结合带,组织内部主要都是晶枝和晶胞状的结构,对组织细化作用明显;最后对比了熔覆层显微硬度发现,双道1mm光斑下的激光熔覆涂层显微硬度比单道激光熔覆要高,主要是由于组织中含Fe、Ni的晶状奥氏体析出较少,富含Cr的粒状渗碳体析出较多,因此熔覆层组织整体的耐磨性和强度都要优于单道激光熔覆。综上所述,在1模数齿轮齿面加工1mm厚的镍基合金涂层的工艺参数为P=250W,u1=2.5mm/s,u2=1.67mm/s,光斑直径d=1mm,激光功率密度为31.8KW·S·CM。经过双道激光熔覆工艺加工后的齿轮齿面硬度较高,具有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力,满足齿面硬、芯部韧的工艺要求。

关键词：双道激光熔覆镍基合金涂层稀释率微观组织工艺参数

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