[发明专利]一种列车车轴激光熔覆修复的合金粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光熔覆修复技术，特别是一种列车车轴激光熔覆修复的合金粉末及其制备方法。

背景技术

车轴是关系到运输安全的重要零件，一旦车轴折断造成脱轨翻车，损失惨重。根据铁路标准规定，车轴的使用寿命为25年。但是从车轴入厂检修的情况可以看出：有相当一部分的车轴在运用不足10年的时间内，车轴出现损伤，其缺陷主要为轮座裂纹和卸荷槽裂纹。轮座有裂纹的车轴和需要退卸的轮对，退轮后车轴表面普遍存在不同程度的拉伤。此外，在生产过程中车轴也存在着大量报废，多数报废由以下原因造成：在车轴精加工过程中机加工造成的尺寸偏差；车轴与车轮装配过程中车轮对车轴的划伤；车轴毛坯材料存在裂纹；制造和维修过程操作不当造成轴身铲痕。

造成车轴损伤的根本原因是由于金属各个晶粒位向不同，并存在位错、夹杂等微观与宏观缺陷，在低于材料屈服强度的循环应力作用下，最不利的薄弱晶粒或夹杂等缺陷处会萌生裂纹，经裂纹扩展阶段直至失稳断裂。由于铁道车辆车轴表面应力高，表面晶粒受的约束少、易滑移，表面易腐蚀，表面上可能有加工痕迹或伤痕使其疲劳强度降低，因而疲劳裂纹在表面萌生并逐渐向内部扩展。目前相对应的对策为采用合理的形状与尺寸，缩短轴颈长度，提高轴颈的强度和刚度减少轴颈弯曲变形，减轻微动磨损；选择更好的车轴材质，降低裂纹萌生的机会；加强表面防护。

激光熔覆再制造是以丧失使用价值的损伤、废旧零部件作为再制造毛坯，利用以激光熔覆技术为主的高新技术对其进行修复、性能升级所制造的产品，在技术性能上和质量上都能达到甚至超过基体的性能，最大特点是能够制备出优于基体材料性能的熔覆层，赋予零部件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳等性能。熔覆层厚度从几十微米到几毫米，与整体制作零件的材料相比，厚度薄、面积小，但却承担着零件的主要功能，使工件具有了比本体材料所具有的更优性能。在激光熔覆中，现在使用的金属粉体材料还借助于热喷涂和喷焊粉末，还未形成激光熔覆专用的粉末材料体系，由于激光熔池凝固快，一些熔渣和杂质层残留在熔覆层内，容易导致裂纹和气孔。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种列车车轴激光熔覆修复的合金粉末，该合金粉末具有工艺可控性好、修复后其微观组织细小，均匀，力学性能优良的优点；

本发明的另一目的在于提供列车车轴激光熔覆修复的合金粉末的制备方法，该方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种列车车轴激光熔覆修复的合金粉末，所述合金粉末的成分及质量百分比为：C：<0.1％；Cr：17.5～20％；Ni：10.5～16％；B：0～0.65％；Si：0.12～1.0％；Mn：<0.8％；V：1.5％；稀土镧和铈<1.0％；其余为Fe。

一种列车车轴激光熔覆修复的合金粉末的制备方法，它包括以下步骤：

S1.配料：按配方比例选取各金属原材料，备用；

S2.球磨：将各原料混合均匀后加入球磨机中进行球磨，球磨时间为2.5～3.5h，球磨机的转速为150～250rad/min，并采用无水乙醇进行保护；

S3.一次干燥：将球磨后的粉体置于真空干燥箱中进行干燥，所述真空干燥箱的干燥温度为70～90℃，真空度为-0.6×10⁵～-1.0×10⁵Pa，干燥时间为1.5～2.5h；

S4.筛分：将干燥后的粉体用无水乙醇润湿，经过球形筛孔进行球化，筛分后得到粒度为45～150μm的球形金属粉末；

S5.二次干燥：将球形金属粉末置于真空干燥箱中干燥25～35min，所述真空干燥箱的干燥温度为70～90℃，真空度为-0.6×10⁵～-1.0×10⁵Pa，即制得列车车轴激光熔覆修复的合金粉末。

进一步地，步骤S4中所述无水乙醇与干燥后粉体的重量比为10～20:1。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的合金粉末，尤其是钒、镧和铈的添加，使其成分混合均匀，球形度较好，合金粉末的流动性好；

(2)本发明利用合金粉末进行修复受损铁道车辆车轴具有工艺可控性好、修复层和基体界面冶金结合良好，没有气孔、夹渣、裂纹等缺陷，从微观组织观察方向性树枝晶减弱，修复后车轴材料的力学性能到达标准要求，节约资源和能源的特点。

附图说明

图1为本发明方法生产的合金粉末宏观形貌图；

图2为本发明方法生产的合金粉进行激光熔覆修复车轴后熔覆层微观组织图。