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WC-CeO2增强的Ni基定向能量沉积钢轨修复工艺研究

WC-CeO2增强的Ni基定向能量沉积钢轨修复工艺研究

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作者：季思东沈阳工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：定向能量沉积技术钢轨再制造熵权-TOPSIS 碳化钨稀土氧化物

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激光熔覆与淬火复合再制造FeCrNiB合金轨道覆层组织和性能

激光熔覆与淬火复合再制造FeCrNiB合金轨道覆层组织和性能

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作者：段韶岚江苏理工学院

学位级别：硕士

当前,铁路轨道交通发展具有高速、重载以及高负荷的显著特征,同时也面临轨道表面磨损加剧、损伤严重以及压溃现象频发的实际问题。本研究以高速重载轨道U71Mn钢作为研究对象,选用激光熔覆工艺方法对钢轨表面进行再制造,针对激光熔覆钢... 详细信息

当前,铁路轨道交通发展具有高速、重载以及高负荷的显著特征,同时也面临轨道表面磨损加剧、损伤严重以及压溃现象频发的实际问题。本研究以高速重载轨道U71Mn钢作为研究对象,选用激光熔覆工艺方法对钢轨表面进行再制造,针对激光熔覆钢轨覆层表面存在粗糙度大、覆层中部组织粗大和残余拉应力过大等再制造问题,本研究采用激光熔覆与激光淬火复合再制造工艺方法,对该合金轨道钢开展覆层制备于强化,实现U71Mn钢的高性能激光再制造。研究选用具有良好成形性、脱氧造渣性以及自熔性的Fe Cr Ni B粉末作为熔覆材料,探究了激光熔覆与淬火复合工艺的作用机理,优化了复合工艺参数,制备了宏观形貌无明显缺陷、表界面结合良好且组织形态优良的熔覆层,提升了该类合金钢轨高强高耐磨的工况适应性,表征并验证了复合再制造工艺下覆层优异的力学性能。本研究主要内容和结论如下:（1）阐明了激光熔覆与激光淬火复合工艺的作用机理采用激光熔覆优化工艺制备了轨道表面覆层,实现了钢轨表面损伤体积与性能的再生,覆层激光再制造过程中,组织形态经历奥氏体生成到向马氏体转变的历程,形成具有体心正方晶格结构的马氏体组织,伴随晶粒组织细化,覆层力学性能提升,实现了覆层激光再制造组织与力学性能的优化调整。（2）优化了激光熔覆与激光淬火复合工艺并阐明了覆层组织衍化历程获得了激光复合再制造优化工艺参数:激光熔覆功率2.5 k W、扫描速度5 mm/s、送粉速度22 g/min、离焦量15 mm;激光淬火功率1.6 k W、激光淬火扫描速度5 mm/s、离焦量30 mm。经过激光淬火优化调整后,覆层顶部组织由树枝晶和少量的等轴晶转变为晶粒大小及分布均匀的等轴晶,奥氏体和片状珠光体转变为极细马氏体和片间距更小的片状珠光体。物相分析结果表明:激光淬火促进了Fe-Cr固溶体以及Cr7C3硬质相的析出,增强了熔覆层的力学性能。（3）表征并验证了激光复合再制造U71Mn覆层力学性能的强化与提升试验测得熔覆层与基体对接试样的平均抗拉强度为843.1 MPa,钢轨材料抗拉强度约为800 MPa。基体的平均抗弯强度达到2535 MPa,结合区的抗弯强度有2061 MPa,熔覆层抗弯强度可达2308 MPa,尽管结合区抗弯强度略有下降,但仍高于基体抗弯强度80%,符合再制造要求。激光淬火强化后覆层顶部的显微硬度由759 HV0.2提升至895 HV0.2,较淬火前提升约18%,明显高于基体。激光淬火后的覆层内拉应力向压应力转化,最大残余压应力达486 MPa。激光淬火前覆层的磨损率为0.918?m3/（N?μm）,淬火后磨损率为0.713?m3/（N?μm）,磨损率降低了22.3%,实现了耐磨性的提升,且优于基体。进一步,覆层耐腐蚀性能较淬火前也有明显提升,优于基体耐腐蚀性能。

关键词：钢轨再制造激光熔覆激光淬火 U71Mn钢工艺优化微观组织

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