本發(fā)明涉及一種激光熔覆鈷合金涂層提高重載輪軌耐磨性的方法。方法。

背景技術(shù)：

為保證鐵路系統(tǒng)的安全運(yùn)行，軸重25噸以上的重載車輪、重載鋼軌的最大磨損深度必須分別控制在35mm和13mm以內(nèi)。重載工況下，車輪輪緣和鋼軌側(cè)面磨損量大，這些局部地區(qū)的磨損過快而導(dǎo)致重載車輪和重載鋼軌(重載輪軌)的使用壽命短。激光熔覆技術(shù)在金屬材料表面強(qiáng)化，提高耐磨性有著廣泛的應(yīng)用前景。fe基粉末材料由于成本低且耐磨性好，同時(shí)與常用碳鋼材料成分相近，因此，將fe基粉末熔覆在鋼軌表面，能有效提高其耐磨性。但是，將fe基粉末作為熔覆材料時(shí)，由于激光熔覆時(shí)fe基粉末材料的熔化及凝固速度很快，會(huì)導(dǎo)致熔覆層中組織不均勻，容易產(chǎn)生裂紋和氣孔率偏大，導(dǎo)致其耐磨性有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光熔覆鈷合金涂層提高重載輪軌耐磨性的方法，用該方法處理后的重載輪軌，耐磨性高，摩擦系數(shù)低、使用壽命長(zhǎng)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是，一種激光熔覆鈷合金涂層提高重載輪軌耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角；所述的鈷合金粉末的重量百分比含量為：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量為co。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)本發(fā)明這種配比的鈷(co)合金粉末能通過激光熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角形成優(yōu)良、細(xì)密的熔覆組織結(jié)構(gòu)；從而明顯提高輪軌易磨部位的耐磨性，有效降低輪軌間的摩擦系數(shù)。

測(cè)試表明，采用本發(fā)明處理后的輪軌試樣間的摩擦系數(shù)降幅達(dá)到43.66％；熔覆處理后的重載車輪較未熔覆的重載車輪磨損率降低78.18％，熔覆后的重載鋼軌磨損率較未熔覆的重載鋼軌磨損率降低80.43％。

進(jìn)一步，本發(fā)明利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的具體作法是：激光器為多模橫流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆的寬為6-10mm、深為0.8-1.2mm；搭接率為30％，激光束的能量密度為200w/mm²，從激光器的激光束出口到重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的距離為280-320mm，激光功率2.8-3.2kw，掃描速度180-220mm/min，激光束矩形光斑尺寸為1×7mm，離焦量為28-30mm，送粉速度為10～15g/min。

這樣的操作參數(shù)和工藝，能保證co基合金粉末在多模橫流co2激光器的作用下，充分的熔化并能均勻地熔覆在輪軌的易磨損表面，形成優(yōu)良、細(xì)密的熔覆組織結(jié)構(gòu)，從而有效提高輪軌的耐磨性，降低輪軌間的摩擦系數(shù)。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述的鈷合金粉末的直徑為50～150μm。

這樣，既可以減少過細(xì)(＜50μm)的co基合金粉末的成本，又可以避免過粗(＞150μm)co基合金粉末熔化不均勻，而導(dǎo)致材料熔覆層出現(xiàn)氣孔等缺陷。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明處理后的重載輪軌模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)出的摩擦系數(shù)曲線。

圖2是本發(fā)明處理后的重載輪軌模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)出的磨損率直方圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種激光熔覆鈷合金涂層提高重載輪軌耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角(即鋼軌軌頭面向軌道中心的內(nèi)側(cè)面)；所述的鈷合金粉末的重量百分比含量為：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量為co。鈷合金粉末的直徑為100μm。

本例的利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的具體作法是：激光器為多模橫流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆的寬為8mm、深為1.0mm；搭接率為30％，激光束的能量密度為200w/mm²，從激光器的激光束出口到重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的距離為300mm，激光功率3.0kw，掃描速度200mm/min，激光束矩形光斑尺寸為1×7mm，離焦量為29mm，送粉速度為12g/min。

耐磨性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)

將本實(shí)施例方法處理后的重載車輪、重載鋼軌和未經(jīng)處理的重載車輪、重載鋼軌，分別在mms-2a摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)的輪轉(zhuǎn)速380r/min，根據(jù)赫茲接觸準(zhǔn)則，在干態(tài)無潤(rùn)滑條件下模擬現(xiàn)場(chǎng)25噸軸重現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖1為實(shí)驗(yàn)獲得的摩擦系數(shù)曲線；由圖1可見，該實(shí)驗(yàn)過程中，熔覆合金后的輪軌間摩擦系數(shù)約為0.4，而未處理輪軌摩擦系數(shù)約為0.71，降幅達(dá)到43.66％。

圖2是實(shí)驗(yàn)后分析車輪和鋼軌的磨損率結(jié)果。圖2表明：激光熔覆處理后的輪軌的磨損率顯著降低，熔覆處理后的重載車輪磨損率降低78.18％，熔覆處理后的重載鋼軌磨損率降低80.43％，減磨效果顯著，降低磨耗對(duì)延長(zhǎng)重載條件下輪軌壽命有著重要的意義。

實(shí)施例2

一種激光熔覆鈷合金涂層提高重載輪軌耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角；所述的鈷合金粉末的重量百分比含量為：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量為co。鈷合金粉末的直徑為50μm。

本例的利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的具體作法是：激光器為多模橫流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆寬為6mm、深為1.2mm；搭接率為30％，激光束的能量密度為200w/mm²，從激光器的激光束出口到重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的距離為280mm，激光功率3.2kw，掃描速度180mm/min，激光束矩形光斑尺寸為1×7mm，離焦量為28mm，送粉速度為15g/min。

實(shí)施例3

一種激光熔覆鈷合金涂層提高重載輪軌耐磨性的方法，其作法是：

利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角；所述的鈷合金粉末的重量百分比含量為：1.1％的c、1.0％的si、1.5％的fe、28.5％的cr、1.5％的ni、4.4％的w、余量為co。鈷合金粉末的直徑為150μm。

本例的利用激光器將鈷合金粉末熔覆在重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的具體作法是：激光器為多模橫流co2激光器，采用多道熔覆方式，每道熔覆寬為10mm、深為0.8mm；搭接率為30％，激光束的能量密度為200w/mm²，從激光器的激光束出口到重載車輪輪緣表面或重載鋼軌的軌距角的距離為320mm，激光功率2.8kw，掃描速度220mm/min，激光束矩形光斑尺寸為1×7mm，離焦量為30mm，送粉速度為10g/min。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種激光熔覆鈷合金涂層減輕重載車輪輪緣磨損和鋼軌側(cè)磨的方法，其作法是：利用激光器將鈷合金粉末熔覆在輪軌的表面；所述的鈷合金粉末的重量百分比含量為：1.1％的C、1.0％的Si、1.5％的Fe、28.5％的Cr、1.5％的Ni、4.4％的W、余量為Co。用該方法處理后的重載輪軌，耐磨性高，摩擦系數(shù)低、使用壽命長(zhǎng)。

技術(shù)研發(fā)人員：王文健;郭火明;趙相吉;劉啟躍;曹熙;郭俊;周仲榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.20
技術(shù)公布日：2017.08.29