人字齿轮的焊接修复与 “WISE11”材料应用

1.“WISE11”新型材料的成分以及工作原理
“WISE11”新型材料是湖南智者新材料科技有限公司研发的特种特种合金粉末系列，它具有易熔性、易与基材熔合，同时兼有耐磨、耐冲击、耐热、耐腐蚀等综合物理性能。粉末在基材表面被熔合后形成的合金，其金相组织以珠光体、马氏体、奥氏体及双向耐磨合金为主。熔敷粉末由固态向液态再转化为固态时，基材金属表面氧化物脱氧，并生成低熔点的硼硅酸盐类熔渣浮出，形成保护膜，使熔化的合金与被处理的固态基材金属达到冶金结合。在这一过程中，基材表面金属向熔融金属渗透并相互扩散，最后形成冶金渗透的合金层。在施工过程中，根据不同的基材材质及结合层、过渡层、工作层、加工层等不同的层面要求，选择相匹配的粉末进行熔敷，反复进行以上的熔敷过程，即可得到组织致密、具有优良的硬度、强度和韧性的金属熔敷层，使工件工作面得到耐磨耐蚀双相改性的特殊强化处理的效果。
2. “WISE11”新型材料的熔敷工艺
经反复试验研究，用等离子粉末堆焊进行敷熔，即边敷、边熔的工艺方法，能将合金熔透，使之与基材冶金结合。
1)熔敷层的结构。一般来说我们熔敷涂层设计为结合层、过渡层、工作层、加工层。依据工件的材质、工况的条件不同，技术要求也不同，要灵活运用这些层次的结构和排列。
按结合层、过渡层、工作层的梯度采用浸熔法配制合金粉末，依次进行熔敷，使合金(质量分数为56.3%)能综合掺人到基材金属(质量分数为43.7%)。
结合层:采用WISE11-1合金粉末，粉末以珠光体组织为主，主要元素由Cr、C、Mn、Mo、Ni等组成，对于不同的工件材料要选配不同的合金，以改变原材质的金相结构，增强其结合部的韧性，达到恢复尺寸和逐步过渡强化的目的。
过渡层:采用WISE11-2粉末，粉末以马氏体组织为主。在马氏体、贝氏体之间变化，主要元蒙出w、Mn、V、N. Cr组成，目的是使各成分之间良好融合，进一步达到金属与金属之间的结合，起到一种耐磨和减磨的作用。
工作层:用合金粉末，粉末以奥氏体组织双向耐磨合金为主，主要元素由Co、Cr、Ti、Mn、w、Mo等组成，保证强化金属有高耐磨、高应力性能、良好的耐蚀、耐热和耐疲劳性能。
加工层:以铁素体组织为主，主要元素由C、Mn、Si、Ni、 Cr等组成，目的是降低硬度，便于机械加工，保证机加工的精度和表面粗糙度。
2)熔敷。
熔敷的设备:PTA等离子粉末堆焊设备
按结合层- +过渡层→工作层一+加工层的顺序依次进行熔敷。按层次先在修复面上涂敷一层相应的粉末，涂敷的粉末厚度约0.5~1mm熔。
各层按工艺规定执行，施用不同性能的粉末，不能混用。
要求熔敷尺寸较大时，可按层次逐层反复熔敷，直至达到要求的修复尺寸为止。
各层的厚度依据所增补金属厚度来决定，一般来说工作层较厚，其余均较薄。
3.人字齿轴、断齿“WISE11”合金熔敷层的设计
“WISE11”含金熔敷层的设计至关重要。如上所述各层须根据工况条件和基体材质的不同而采用不同的设计。某公司轧钢厂人字轴M。=25、Z =26齿廓，须根据轧钢的工况和基体材料42CrMo来考虑。
根据实际情况拟定断齿的修复工艺:清洗探伤-→净化粗化→预热→按层设计熔敷“WISE11”合金层- +制作齿形样板→粗磨齿廓一+探伤研磨饱和。
1)清洗探伤。将待修复件进行全面检测、探伤、分析、归纳后，制订修复工艺方案，特殊情况如断裂、缺损等，应先进行必要的熔敷和修整，然后再进行净化处理。
清洗除去油污、锈斑疲劳层及不规则的毛刺，采用着色法探伤检测肉眼尚未发现的缺陷，-并处理。
对于裂纹等缺陷，应用电弧气创或角磨机磨光抛光，彻底消除缺陷，使之露出金属光泽表面为止。
利用碳素墨汁或普通墨汁与胶体石墨和一定粘接剂的溶液，涂刷或喷敷在待修复面上，当用激光照射时，产生碳燃烧的烟雾和刺眼的光亮，证明待修复表面的吸收率可达到98%以上。
用氢氧化钠、碳酸钨、硝酸钠各30g，再加合成洗涤剂0.75g，消除零件上金属碎屑及残余杂物。
2)对于修磨较光滑的表面，应适当进行粗化处理，可用磨光机打磨或电火花拉毛，以使粉末金属易于涂敷。
3)预热的温度根据修复件的材质而定，人字轴采用“WISE11”粉末，无须预热。
4)合金粉末的配制。按结合层、过渡层、工作层、加工层成梯度采用浸熔法配制合金粉末。用Zx400焊机通过转换功率用J422焊条依次逐层进行熔敷，使合金(质量分数为56.3%)能综合掺人到基材金属(质量分数为43.7%)。各层厚度按设计尺寸控制。
5)按齿廓尺寸制作样板。

6)按样板粗磨出齿廓的形状。

7)将修好的齿轴和原有的未断齿的齿轴在人字齿轮机座上装配好，涂上红丹，研磨断齿寓使哈合线达到齿轮嘴合的技术要求。这对街轮达转平稳和正营生产十分重要钟修复后运转正常，已生产出各类钢材90万1停车检查齿轮轴轮齿跑合后的状况，齿面光洁，没有发现任何不良现象。

湖南智者新材料科技有限公司

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