应用热喷涂技术修复发动机曲轴

2013-01-27张广城朱晓刚杜云峰

中国设备工程 2013年6期

关键词：基合金补时铸铁

张广城，朱晓刚，杜云峰

（装甲兵技术学院，吉林长春 130117）

一、概述

在修理汽车零部件时，多采用焊接或刷镀技术。发动机曲轴因其材质少，球墨铸铁含碳量高、受力较大，用CO气体保护焊或手工电弧焊无法满足修复要求。多次试验表明，焊修的曲轴在使用3年后会出现裂纹而无法再修复。

热喷涂熔敷焊修能提高曲轴的修复率和可靠性，前期对DF8B型汽车发动机所用材质为42CrMo钢的曲轴做过热喷涂熔敷焊修试验，经检验各项性能指标良好，试样抗拉强度达780MPa，与母体非常接近。

二、热喷涂焊接的特点

热喷涂焊接是热喷涂与非透明物质相互作用的过程，通过热喷涂使金属粉末熔化后与所焊接部位接合，它有如下特点。

(1)工件变形极小，热影响区很窄。

(2)可获得深度大的焊缝，焊接厚件时可不开坡口一次成形。

(3)适于难熔金属、热敏感性强的金属以及热物理性能、尺寸和体积差异大的工件焊接。

三、热喷涂修复曲轴的技术方案

1.传统焊接修复的问题

球墨铸铁曲轴的化学成分为：碳3.5%～4.0%，硅2.0%～2.8%，锰0.3%～0.6%，钼0.2%～0.4%，铜0.7%～1.0%,镁0.04%～0.1%，稀土(RxOy)≤0.012%，硫≤0.025%，磷≤0.08%。力学性能为：抗拉强度≥800MPa，延伸率≥1%，冲击韧度≥15J/cm2，硬度HB269～331。金相：珠光体或回火组织，球化率≤3级，渗碳体含量<4%，铁素体数量级≤3级，磷共晶数量级≤2级。由于铸铁含碳量高，强度相对较低，对温度变化敏感，焊补时多为局部受热，温差较大，冷却速度快，给铸铁焊补带来困难。其在焊补时易出现以下问题。

(1)焊补时易产生白口，铸铁塑性很低，焊补时热应力大，铸铁中含有较多的硫、磷，不仅引起脆性，而且促进白口产生，这些都会造成焊补后的零件易产生裂纹。

(2)铸铁中的碳以球状石墨形式存在，焊补时石墨被高温氧化生成CO气体，使金属焊缝易产生气孔或咬边。

(3)在铸铁组织中浸透的润滑脂一般难以除去，焊补时会使焊缝中产生气孔。

(4)铸铁零件在铸造时产生的气孔、缩松、砂眼等也容易造成焊补缺陷。采用热喷涂焊补能解决上述问题。

2.热喷涂修复工艺

(1)选择焊材。采用Ni—Cr—B—Si—C系镍基合金粉末(单独配粉)，其硬度为HRC20～25。其化学成分：碳0.1%～0.2%，硼0.3%～0.8%，硅2.0%～3.0%，铬4.0%～8.0%，铁≤5%，镍70.0%～75.0%。镍基合金粉末的组织是奥氏体，能很好溶解碳而不形成碳化铁，故焊缝有很好的加工性能和承受塑性变形的能力。

另外，镍也是一种较好的促石墨化元素，能减弱半熔化区白口的形成。

镍基合金粉末的熔点低于基体熔点，在重熔时，铸铁基体不熔化，没有熔覆层的稀释问题，也不存在半熔化区；所以正确的熔覆不会使焊补区产生白口组织，便于加工，而且由于基体不熔化，控制了基体中所含硫、磷等杂质熔入熔覆层，有利于防止裂纹的产生。

镍基合金粉末的膨胀系数与铸铁匹配。

镍基合金粉末中含有强烈的脱氧元素硼和硅，不仅保护了粉末中其他元素免于氧化烧损，而且基体表面的氧化物也被硼、硅元素还原，防止了气孔和夹渣的产生。

一般来讲，镍基合金底部属于平面外延生长机制，且晶粒粗大，顶部则是较规则的枝晶组织，且组织细密。基体因受激光热输入的影响小，只能起热传导作用，不会发生组织和相的变化。

（2)消除裂纹。采用带金刚石磨头的指状砂轮消除裂纹，首先要求消除面应规则且圆滑过渡，不要去除未含裂纹的金属；然后用丙酮等溶剂清洗待焊修的部位。

（3)选择焊接工艺参数。焊接工艺参数为电流270A、脉宽10ms、频率1Hz、速度3～5mm/s，保护气体为氩气，粉末厚度为1mm。