齊先勝,侯有忠,牛富杰,李世亮,劉峻亦,李 碩
(1.中車青島四方機車車輛股份有限公司,山東 青島 266000;2.陜西天元智能再制造股份有限公司,陜西 西安 710065)
高速動車組車軸的再制造可行性分析
齊先勝1,侯有忠1,牛富杰1,李世亮2,劉峻亦1,李 碩1
(1.中車青島四方機車車輛股份有限公司,山東 青島 266000;2.陜西天元智能再制造股份有限公司,陜西 西安 710065)
通過對比分析電刷鍍、熱噴涂、堆焊以及激光熔覆四種再制造技術(shù)的特點和用于車軸再制造修復的現(xiàn)狀,闡述了激光再制造技術(shù)作為新型制造技術(shù)的優(yōu)勢。從激光熔覆技術(shù)的設備和關鍵工藝、熔覆層的微觀組織的特性、粉末材料的可開發(fā)性以及采用超聲波消除殘余應力手段等方面進行討論和分析,說明激光熔覆技術(shù)用于高速動車組車軸的再制造是可行的。
再制造;動車組;車軸;激光熔覆;殘余應力
近年來,再制造在國內(nèi)外制造業(yè)中得到了快速發(fā)展,并受到我國政府的重視。再制造行業(yè)是綠色循環(huán)經(jīng)濟的主要組成部分,不僅被納入國家法律體系[1],而且在產(chǎn)業(yè)化完成和基礎研究等方面取得了階段性成果。高速動車組車軸是轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的重要部件,其可靠性直接關系著列車運行的安全性。EA4T鋼車軸是一種歐洲標準EN13261[2]規(guī)定的高速、重載機車車輛用車軸,物理力學性能優(yōu)異,廣泛應用于高速動車組機車中[3-4]。車軸在組裝、退卸和檢修過程中,輪座、集電環(huán)座、齒輪座等配合部位會發(fā)生劃傷、磕碰及微振磨蝕等損傷。車軸的結(jié)構(gòu)、實物及損傷情況如圖1所示。目前,對于劃傷深度小于0.1 mm的車軸,采用打磨方式進行修復;對于劃傷深度大于0.1 mm的車軸,一般進行封存處理,待修復技術(shù)成熟時再進行修復。據(jù)不完全統(tǒng)計,截止2016年11月國內(nèi)高速動車組制造企業(yè)封存車軸數(shù)量高達2000余根,總價值近2億元。隨著高速動車組運營里程的增加,這一數(shù)字將逐年增加。因缺陷超限而封存的大量車軸,一方面造成資源浪費,增加動車運營成本,另一方面,不符合國家對于綠色循環(huán)經(jīng)濟的倡議。因此,高速動車組車軸修復和再制造技術(shù)的開發(fā)和成功應用,將大大降低高鐵動車組的運營成本。本研究從車軸再制造技術(shù)的方法、車軸再制造材料和工藝控制等角度分析車軸的再制造可行性,為高速動車組車軸的再制造進行前期探索。
圖1 動車組車軸結(jié)構(gòu)
車軸再制造的核心是恢復因劃傷、嗆軸和磕碰以及去除表面疲勞層的缺失尺寸,通過合適的再制造技術(shù)和工藝,使修復后的車軸達到或超過新造車軸的性能。目前,針對車軸的損壞情況,適合于車軸的再制造技術(shù)主要有電刷鍍技術(shù)[5-8]、自動TIG堆焊技術(shù)[9-12]、熱噴涂技術(shù)[13-18]和激光熔覆技術(shù)[19-23]。
電刷鍍技術(shù)是基于電解原理,在零件表面快速沉積金屬而形成鍍層的技術(shù)[24-26]。它具有沉積速度快、鍍層種類多、工藝簡單、鍍層性能優(yōu)良等特點,是表面磨損失效機械零件再制造修復和強化的有效手段。電刷鍍技術(shù)作為一種重要的失效零件再制造加工方法,在廢舊產(chǎn)品再制造中大量應用,不但可以恢復零件的尺寸精度,還能提高零件的表面性能,具有優(yōu)異的經(jīng)濟性。
自1990年開始,電刷鍍技術(shù)已經(jīng)在鐵路工業(yè)中使用,這種金屬修復方法作為磨損和損壞的車軸軸頸修復方法受到特別的重視,而且作為一種有效的低成本的維修方法已奠定了其地位。韓行高[7]等人分析了電刷鍍修復機車車軸的初步實踐和展望,以及車軸再制造的可能性。美國鐵路協(xié)會(AAR)采用電刷鍍法填滿磨損環(huán)區(qū)深為256 μm的槽,使磨損軸頸的直徑尺寸恢復達到裝壓配合要求,每年節(jié)省了大量的車軸更新費用。
堆焊技術(shù)作為表面工程中的重要分支,它是指借助熱源手段將具有一定使用性能的合金材料熔覆于母體材料的表面,使母材具有特殊性能或已失損零件恢復原有的尺寸[27-28]。TIG堆焊的焊接熱輸入量是所有弧焊方法中最小的,其優(yōu)點為:(1)焊接工藝穩(wěn)定,焊接質(zhì)量可靠性高,且易實現(xiàn)自動化;(2)可在普通材料上熔覆高性能(耐磨、耐高溫、耐蝕等)的堆焊層,節(jié)省貴重金屬。TIG堆焊技術(shù)作為一種高質(zhì)量的表面改性方法,廣泛地應用于冶金、電站、鐵路、車輛、核動力及工模具等的制造修復中。
熱噴涂[29]技術(shù)具有噴涂材料范圍廣、基體形狀與尺寸不受限制、涂層厚度容易控制、工藝操作簡單、成本低、效率高、能賦予零件表面特殊性能等特點,是實現(xiàn)損傷零部件表面尺寸恢復和性能提升的關鍵手段。作為一種再制造修復成形技術(shù),已成功應用于航空航天、石油化工、礦山機械、電力等領域裝備零件的再制造。
程江波[30]等人采用Fe基非晶納米晶復合材料對發(fā)動機曲軸軸頸磨損部位進行再制造研究發(fā)現(xiàn),再制造后的曲軸產(chǎn)品質(zhì)量與新品相當,且無需后續(xù)熱處理,綜合成本僅為原新品的1/10。劉偉[5]等人選取經(jīng)過2次修補的舊車軸,采用熱噴涂技術(shù)在車軸表面噴涂0.5 mm厚的Ni-Cr合金涂層進行修復。結(jié)果表明0.5 mm厚修復涂層具有較高的耐微動疲勞和磨損能力,修復后的軸磨損截面未見涂層與基體局部分離現(xiàn)象。熱噴涂層能夠有效保護軸,降低軸的疲勞強度,延長車軸使用壽命。B.п.Казвмин[14]等人采用金屬電弧噴涂法修復單測磨損深度達1.0 mm的機車車軸軸頸,完成了3根試驗批軸,并裝車進行10萬km的試運行。結(jié)果表明,軸頸經(jīng)金屬噴涂修復的試驗輪在試運行10萬公里后,軸承部位的狀態(tài)仍完好。隨著熱噴涂技術(shù)的深入研究和應用,將推動它在再制造領域的高效規(guī)模化應用。
激光再制造是以喪失使用價值的損傷、廢舊零部件作為再制造毛坯,利用以激光熔覆技術(shù)為主的高新技術(shù)對其進行批量化修復、性能升級,所獲得的激光再制造產(chǎn)品在技術(shù)性能和質(zhì)量上都能達到甚至超過新品[31-32]。
激光熔覆技術(shù)是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的熔覆材料,經(jīng)激光輻照使之與基體表面薄層同時熔化,并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體呈冶金結(jié)合的表面覆層的工藝方法,從而達到表面改性或修復的目的。激光熔覆技術(shù)主要有以下獨特的優(yōu)點:(1)能量密度高,熱影響區(qū)小、工件熱變形小、成型美觀。(2)形成高強度冶金結(jié)合界面。(3)工件與激光束夾角可操作性高,配合數(shù)控工作單元對復雜幾何形貌工件表面加工。(4)加工對象涵蓋各種金屬基合金,靈活調(diào)整基材各合金成分和添加適當強化相,可得到合格的熔覆層綜合機械性能。
李從辰[17]等人在EA4T鋼表面激光熔覆Fe314合金,熔覆層成型好,與基體形成良好的冶金結(jié)合。研究結(jié)果表明,熔覆層的硬度為HV338~404,較基體的硬度值HV205~360升高。熔覆試樣的屈服強度和抗拉強度均高于標準值,沖擊韌性為基體的29%~51%,熔覆層沖擊斷后呈現(xiàn)脆性斷裂特征,基體斷口為韌性斷裂機制。
一些關鍵技術(shù)指標對比如表1所示。可以看出,激光熔覆技術(shù)能夠有效解決堆焊無法解決的技術(shù)問題,如熱變形、熱疲勞以及組織粗大等;同時解決了電刷鍍、熱噴涂技術(shù)無法克服的技術(shù)問題,如涂層與基材結(jié)合強度較差,在使用過程中易產(chǎn)生剝離。激光熔覆可以實現(xiàn)車軸的快速修復和表面性能強化,具有熱影響區(qū)小、工件熱變形小、殘余應力小、加工余量小以及結(jié)合強度高、加工靈活適應性好、材料成分配比容易調(diào)整等優(yōu)點。
表1 4種再制造技術(shù)對比Table 1 Comparison of four remanufacturing techniques
激光加工技術(shù)被譽為“未來制造業(yè)的共同手段”,近十余年來,該技術(shù)與再制造產(chǎn)品相結(jié)合,形成的激光再制造工程技術(shù)和激光再制造產(chǎn)業(yè)是再制造工程技術(shù)和再制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。激光熔覆技術(shù)是激光再制造技術(shù)的關鍵技術(shù),目前普遍用于各類產(chǎn)品的增材再制造。對于作為高速動車組轉(zhuǎn)向架的關鍵部件車軸,根據(jù)其各項技術(shù)指標要求,結(jié)合激光熔覆技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢,從激光熔覆的設備、材料、關鍵工藝控制等方面分析車軸的再制造可行性。
在提出了“良家幼女”和“賣淫幼女”的區(qū)分后,繼而引發(fā)的就是兩種幼女的區(qū)別對待保護問題,違背了刑法的人人平等原則。有人質(zhì)疑,對待“良家幼女”適用強奸罪,“賣淫幼女”適用嫖宿幼女罪,后者本身的“輕刑化”和特定語境下的“賣淫嫖娼”對幼女的歧視,更是將“賣淫幼女”推到了自身也需要負責任的不公平境地,因為這類幼女她們受到的傷害小于強奸罪中的受害幼女,設定兩種罪名就是程度不同的保護。
激光熔覆設備包括激光器、激光傳輸系統(tǒng)、送粉裝置、冷卻裝置以及執(zhí)行機構(gòu)等部件。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,適用于激光熔覆的激光器種類發(fā)生了演變。激光器包括CO2激光器、高功率半導體激光器(HPDL)以及高功率光纖激光(HPFL)。3種激光器的主要性能如表2所示。
表2 3類激光器主要性能比較Table 2 Performance comparison of three types of laser systems
最初激光熔覆采用CO2激光器作為激光發(fā)生源,廣泛用于再制造,但具有體積大、結(jié)構(gòu)復雜、移動和維護困難,金屬對波長10.6 μm的激光不能很好地吸收,不能采用光纖傳輸激光以及熔覆時光致等離子體嚴重等缺點。半導體激光器體積小、能耗低、且可連續(xù)不間斷工作,光束質(zhì)量較差,但更適合激光熔覆光斑的發(fā)散控制,可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)激光頭的焦距設置不同的光斑尺寸。而光纖激光器由于光束質(zhì)量強,廣泛用于激光切割和激光焊接,用于激光熔敷時,由于很難使光束發(fā)散均勻,不便設計為所需要的光斑尺寸,也有將其設計為矩形光斑,但是適用范圍受限。光纖激光器的光電轉(zhuǎn)化率也低于半導體激光器。
因此,半導體激光器更適用于激光熔覆的激光發(fā)生系統(tǒng)。德國通快公司開發(fā)的激光功率閉環(huán)控制系統(tǒng)使得熔覆層的稀釋率、顯微硬度等質(zhì)量指標在整個熔覆軌跡上保持相對恒定的值,并且激光器可長時間連續(xù)工作。
江吉彬[33]等人對激光熔覆的送粉工作原理進行了闡述,根據(jù)粉末噴射頭和激光工作頭的集成情況,將送粉方式分為同軸送粉器方式(見圖2a)和側(cè)向送粉方式(見圖2b)。
同軸送粉具有以下特點:(1)適用于圓形光斑,常用光斑直徑為φ1~φ5 mm;(2)激光的可達性好,可實現(xiàn)平、橫位置熔覆;(3)熔覆層質(zhì)量好,精度可控,殘余應力小,氬氣能夠保護充分;(4)熔覆層表面成型良好,與母材的浸潤性好;(5)粉末在落向基體之前,經(jīng)激光束的加熱后熔覆在基體表面,冶金反應更充分;(6)熔覆效率較低;(7)粉末利用率低,約 50~60%。
圖2 兩種送粉方式Fig.2 Two powder delivery methods
側(cè)向送粉方式的特點:(1)適用于圓形光斑或矩形光斑,多用于矩形光斑;(2)熔覆層質(zhì)量同于同軸送粉方式,多層熔覆時容易出現(xiàn)缺陷;(3)矩形光斑熔覆層寬度寬,熔覆效率高;(4)粉末利用率高,可達80%以上;(5)熱輸入量高于同軸送粉。
車軸的再制造選擇同軸送粉的方式進行熔覆。
高速動車組車軸材料為EA4T,其化學成分及力學性能如表3、表4所示。
表3 EA4T車軸鋼化學成分(單值為最大值)Table 3 Chemical composition of EA4T steel%
表4 空心軸壁中間位置強度(材料EA4T)Table 4 Mechanical properties of EA4T material located in the middle of hollow axle wall
為了使車軸再制造后的各項技術(shù)指標滿足或優(yōu)于新軸性能,調(diào)整了EA4T鋼合金粉末化學成分,開發(fā)了針對EA4T車軸鋼的專用粉末。該金屬粉末以EA4T鋼的化學成分為配方基礎體系,通過添加適量的合金元素來提高激光熔覆的工藝性能和熔覆層金屬的綜合機械性能。在合金粉末中加入具有強烈脫氧元素Si、B等元素[34]。在激光熔覆過程中,Si和B優(yōu)先與合金粉末中的氧和工件表面氧化物一起熔融生成低熔點的硼硅酸鹽等覆蓋在熔池表面,形成熔渣,保護熔池,防止液態(tài)金屬過度氧化,從而改善熔體對基體金屬的潤濕能力,減少熔覆層中的夾雜和含氧量,提高熔覆層的工藝成型性能。同時,添加Ni、Mo等細化晶粒元素,以提高熔覆層的沖擊韌性和改善硬度值符合車軸EN 13261的標準要求。
通過對該粉末的初期開發(fā)和試驗,該專用粉末工藝性能良好,其化學成分和硬度均與EA4T鋼相近似。
EA4T鋼屬于中碳合金鋼鍛件,供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)熱處理其微觀組織結(jié)構(gòu)為貝氏體/回火馬氏體組織,晶粒度為ISO 643 5級或更細(細晶粒)。激光再制造熔覆層一般分為熔覆區(qū)、基體結(jié)合區(qū)(過渡區(qū))和熱影響區(qū)三個區(qū)。激光熔覆層的微觀結(jié)構(gòu)受材料體系和工藝參數(shù)的影響[35]。某鐵基金屬粉末的激光熔覆層的微觀組織如圖3所示。由圖3a可知,在熔覆層與基體界面處形成厚約1μm的“白亮帶”,它是以平面晶的生長形態(tài)沿熱流方向生長出來的?!鞍琢翈А钡男纬墒沟没w和熔覆層之間形成良好的冶金結(jié)合。在靠近熔池池底部為垂直于界面生長的胞狀晶和柱狀晶。由圖3b可知,在熔覆層的中部為具有方向性的枝晶生長區(qū)。在熔覆層的上部為等軸晶,如圖3c所示。由鐵基粉末激光熔覆層底部到頂部的顯微組織變化可看出,熔覆層整體組織變化均勻,組織相對細小,熔覆層具有良好的延展性和韌性。激光熔覆層的微觀組織結(jié)構(gòu)決定車軸的性能,通過組織結(jié)構(gòu)分析為車軸的激光再制造提供了理論基礎,為車軸激光再制造的專用粉末研發(fā)和工藝開發(fā)提供了科學依據(jù)。
圖3 鐵基粉末激光熔覆層顯微結(jié)構(gòu)[2]Fig.3 Microstructure morphology of laser cladded iron-based alloy
激光熔覆技術(shù)的工藝參數(shù)包括激光功率、送粉量、掃描速率、搭接量、輔氣流量、保護氣體流量等,其中激光功率、送粉量和掃描速率作為關鍵工藝參數(shù),直接決定激光熔覆層的各項技術(shù)指標滿足標準要求。如何控制和減小激光熔覆對于車軸基體材料產(chǎn)生的不利影響是車軸再制造研究的關鍵,其中激光熔覆后車軸表面的殘余應力問題是車軸再制造的難點。按照EN13261要求,再制造后的表面殘余拉應力不得大于+100MPa。
車軸的疲勞損傷往往發(fā)生在表面或從表面開始,然后逐漸向內(nèi)部擴展并最終導致整個車軸失效。因此怎樣控制再制造車軸表面硬度或殘余應力來減少或延緩車軸的失效,對車軸再制造技術(shù)提出了更高的要求。許明三[36]等人對激光熔覆層表面的應力分布進行了研究,如圖4所示。由圖4a可知,平行掃描方向的激光熔覆層表面主要受拉應力,最大值出現(xiàn)在熔覆層邊緣。由圖4b可知,垂直掃描方向上拉應力最大出現(xiàn)在熔覆層中心,基體主要承受壓應力,最大值出現(xiàn)在熔覆層與基體的交界處,即應力由熔覆層至基體逐漸由拉應力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯Γ瑝簯χ饾u減小。由圖4c可知,熔覆層深度方向應力分布為拉應力,而且隨著熔覆層深度的增加,拉應力從相對穩(wěn)定轉(zhuǎn)為上升趨勢。這是因為激光熔覆是局部受熱熔化過程,這一過程熔覆層基體受熱不均勻,熔池部位急劇加熱,迅速膨脹,產(chǎn)生非平衡溫度場。而后熔池經(jīng)凝固、收縮及冷卻,產(chǎn)生收縮變形,而基體相對收縮較小,并且熔覆層與之間為冶金結(jié)合,因而熔覆層表面將受到基體拉應力作用,相應的反作用力作用于基體,表現(xiàn)為壓應力。
圖4 激光熔覆層應力分布曲線Fig.4 Stress distribution of laser cladding layer
針對車軸激光熔覆后表面存在殘余拉應力,除了采取預熱和緩冷的措施降低應力外,采用超聲波表面改性技術(shù)(簡稱UNSM技術(shù))來消除殘余應力是可行的。該方法首先在烏克蘭誕生,于20世紀60年代在美國得到迅速發(fā)展,被公認為是提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能最有效的方法[37]。其工作原理是利用大功率的超聲波推動沖擊工具以20 000~40 000次/s的頻率沖擊金屬物體表面,由于超聲波的高頻、高效和聚焦下的大能量,使金屬表面層產(chǎn)生較大的壓塑形變形,同時超聲波改變了原有的應力場,產(chǎn)生一定數(shù)值的壓應力[38-40],如圖5所示。
梁晨[41]等人利用超聲沖擊設備對EA4T車軸鋼進行了表面強化處理,并研究處理后表面的金相組織、顯微硬度和粗糙度。結(jié)果表明,經(jīng)過超聲沖擊處理后,試樣表面發(fā)生了劇烈的塑性變形,晶粒明顯細化,顯微硬度提高25%,表面粗糙度降低了6.5倍,變形厚度約為80 μm,變形區(qū)域基體沒有明顯界限。表面硬度的提高是晶粒細化和加工硬化的結(jié)果。
Amanov A等人[42]研究了UNSM處理鐵路軸承鋼的超高頻(108~109)循環(huán)疲勞特性。在UNSM處理后引入的變形層中,粗大的鐵素體晶粒(10 μm)細化至納米級(200 nm)。隨著表面深度減小,晶粒尺寸減小,表面硬度從200HV提高到280 HV(見圖6a)。UNSM處理樣品的108~109次循環(huán)的疲勞強度增加了約10%(見圖6b)。表面硬度和疲勞強度的提高是由于UNSM處理誘導的表面層中產(chǎn)生了細化的納米結(jié)構(gòu)晶粒,如圖7所示。
基于上述對激光熔覆層的超聲沖擊表面改性研究結(jié)果,采用超聲沖擊處理技術(shù)可有效改變激光再制造車軸表面性能,通過細化表面晶粒尺寸、提高表面硬度、降低車軸表面殘余應力來保證車軸表面性能滿足標準要求。
(1)與電刷鍍、堆焊技術(shù)、熱噴涂技術(shù)相比,激光熔覆技術(shù)的熔覆層與母材的結(jié)合強度高;擁有較小的熱輸入量,窄小的熱影響區(qū),對母材的熱損傷?。痪哂袑挿旱娜鄹膊牧线x擇范圍;自動化程度高,熔覆層質(zhì)量可靠,可以實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
圖5 超聲波表面改性技術(shù)原理Fig.5 Schematic diagram of ultrasonic nanocrystal surface modification
圖6 超聲沖擊處理前后的硬度及疲勞曲線Fig.6 Microhardness and stress amplitude before and after UNSM
(2)基于母材化學成分開發(fā)的車軸再制造專用粉末,通過添加具有脫氧劑作用的Si元素和自熔性作用的B元素,提高了熔覆金屬的脫氧性和浸潤性,保證粉末具有良好的工藝性能。同時,添加Ni、Mo等元素細化晶粒,提高激光熔覆層的沖擊韌性,改善熔覆層硬度,使修復區(qū)域的各項機械性能與母材相近。
圖7 塑性變形層在UNSM處理前后的金相組織Fig.7 Comparison of optical micrographs before and after UNSM
(3)通過超聲波表面改性技術(shù)手段,能夠改變激光熔覆層的殘余應力分布和消除殘余應力,并進一步細化晶粒,提高修復區(qū)域的表面抗疲勞性能。
[1]中華人民共和國主席令第四號.中華人民共和國中央人民政府[引用日期2012-09-1].
[2]BS EN 13261:2009+A1:2010 Railway applications-Wheelsets and bogies—Axles—Product requirements[S].
[3]劉鑫貴,吳毅,項彬,等.動車組車軸標準研究及其技術(shù)發(fā)展展望[J].鐵道機車車輛,2014(6):18-22+101.
[4]周平宇.高速動車組車軸材料及疲勞設計方法[J].鐵道車輛,2009(2):29-31+48.
[5]M.Rubinstein,一方.電刷鍍在部門的應用[J].國外機車車輛工藝,1985(2):29-32.
[6]朱錫洪.電刷鍍延長車軸壽命[J].國外機車車輛工藝,1991(5):30-31+37
[7]韓行高,張燕.電刷鍍修復機車車軸的初步實踐和展望[J].電刷鍍技術(shù),1988(3):[頁碼不詳].
[8]唐義號,熊麗芳,熊哲,等.電刷鍍再制造技術(shù)快速修復缺陷零件應用研究[J].直升技術(shù),2011(2):49-51+55.
[9]陶勇.車輛零部件修復用堆焊機器人[J].鐵道機車車輛工人,1994(12):30.
[10]Л.Г.Горстко,李先全.用自動堆焊修復車輛車軸螺紋部位的缺陷[J].國外鐵道車輛,1991(2):54-57.
[11]單際國,董祖玨,徐濱士.我國堆焊技術(shù)的發(fā)展及其在基礎工業(yè)中的應用現(xiàn)狀[J].中國表面工程,2002(4):19-22.
[12]王振家,徐洪峰,釧曄.熔敷鈷基合金的TIG堆焊技術(shù)[J].焊接,2004(5):23-26.
[13]王志平,董祖玨,李麗,等.熱噴涂涂層殘余應力的測試與分析[J].焊接學報,1999(4):278-285.
[14]劉偉,何慶復,陳善忠.車軸修復用熱噴涂層厚度對微動損傷行為的影響[J].摩擦學學報,2002(6):435-438.
[15]張燕,張行,劉朝輝,等.熱噴涂技術(shù)與熱噴涂材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].裝備環(huán)境工程,2013(3):59-62.
[16]B.п.Казвмин,宋忠明.用金屬電弧噴涂修復機車車輛零件[J].國外機車車輛工藝,2000(6):5-8.
[17]B.A.OКОВИТЫЙ,宋忠明.輪對車軸軸頸的噴涂修復[J].國外機車車輛工藝,2004(1):22-24+45.
[18]В.п.Казъмин,宋忠明.金屬電弧噴涂法修復機車輪對車軸軸頸[J].國外機車車輛工藝,1997(1):25-27.
[19]李叢辰,陳文靜,向超,等.EA4T鋼表面激光熔覆Fe314合金熔覆層的微觀組織及性能[J].電焊機,2016,46(5):73-77.
[20]Chen W J,Chen H,Li C C,et al.Microstructure and fatigue crack growthofEA4Tsteelinlasercladdingremanufacturing[J].Engineering Failure Analysis,2017(79):120-129.
[21]朱子新,徐濱士,朱紹華,等.再制造工程的現(xiàn)狀與應用前景[J].機械工藝師,2001(5):44-45.
[22]王東生,田宗軍,沈理達,等.激光熔覆技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].應用激光,2012(6):538-544.
[23]趙國宏.激光熔覆技術(shù)在大型柱塞修復再制造中的應用[D].云南:昆明理工大學,2015.
[24]任艷萍,鄧紅華,黃方遒,等.電刷鍍在表面工程中應用的研究進展[J].表面技術(shù),2013(6):83-87+91.
[25]朱勝,姚巨坤.電刷鍍再制造工藝技術(shù)[J].新技術(shù)新工藝,2009(6):1-3.
[26]胡振峰,董世運,汪笑鶴,等.面向裝備再制造的納米復合電刷鍍技術(shù)的新發(fā)展[J].中國表面工程,2010(1):87-91.
[27]李玉龍,禹業(yè)曉.TIG堆焊技術(shù)研究進展[J].電焊機,2012,42(12):70-76.
[28]任艷艷,張國賞,魏世忠,等.我國堆焊技術(shù)的發(fā)展及展望[J].焊接技術(shù),2012(6):1-5.
[29]張偉,郭永明,陳永雄.熱噴涂技術(shù)在產(chǎn)品再制造領域的應用及發(fā)展趨勢[J].中國表面工程,2011(6):1-10.
[30]程江波,梁秀兵,徐濱士,等.電弧噴涂納米結(jié)構(gòu)涂層的組織與磨損性能[J].摩擦學學報,2009(6):600-605.
[31]陳江,劉玉蘭.激光再制造技術(shù)工程化應用[J].中國表面工程,2006(S1):50-55.
[32]楊慶東.激光熔覆技術(shù)在礦山機械設備再制造中的應用[J].中國表面工程,2010(5):2.
[33]江吉彬,練國富,許明三.激光熔覆技術(shù)研究現(xiàn)狀及趨勢[J].重慶理工大學學報(自然科學),2015(1):27-36+46.
[34]董世運,馬運哲,徐濱士,等.激光熔覆材料研究現(xiàn)狀[J].材料導報,2006(6):5-9+13.
[35]Soodi M.http://researchbank.rmit.edu.au/view/rmit:160586[EB/OL].
[36]許明三,戴騰運,江吉彬,等.不銹鋼基體激光熔覆Ni60A的殘余應力研究[J].福建工程學院學報,2016(6):557-562.
[37]呂宗敏,何柏林,于影霞.超聲沖擊誘發(fā)表面納米化及其對表面完整性的影響[J].材料科學與工程學報,2017(2):311-315.
[38]梁晨.軌道交通材料的超聲沖擊表面強化的研究[D].遼寧:大連交通大學,2014.
[39]尚剛.軌道鋼表面超聲沖擊強化的研究[D].遼寧:沈陽理工大學,2013.
[40]軋剛.超聲波沖擊和超聲波噴丸強化技術(shù)的發(fā)展[A].2007年中國機械工程學會年會之第12屆全國特種加工學術(shù)會議論文集[C].2007.
[41]梁晨,覃作祥,陸興.EA4T車軸鋼的超聲沖擊表面強化[J].大連交通大學學報,2015(4):89-92.
[42]Amanov A,Cho I H,Kim J H,et al.Application of UNSM(UltrasonicNanocrystalSurfaceModification)technologyfor prolonging service life of journal bearing of railroad axle and for reducing friction loss[EB/OL].International conference on shot peening,ICSP,2011,11:393-398.
Feasibility analysis of remanufacture of high-speed train unit axles
QI Xiansheng1,HOU Youzhong1,NU Fujie1,LI Shiliang2,LIU Junyi1,LI Shuo1
(1.CRRC Qingdao Sifang Co.,Ltd.,Qingdao 266000,China;2.Shaanxi Tyontech Intelligent Remanufacturing Co.,Ltd.,Xi′an 710065,China)
Four major types of remanufacturing techniques,namely,brush plating,thermal spraying,TIG welding and laser deposition,are compared in terms of their characteristics and suitability for remanufacture of high-speed train unit axles.And the advantages of laser remanufacturing technique as a new-type manufacturing technology are summarized.It is clear that laser deposition is overall superior to the other three.Further discussion is provided regarding the equipment and key technology of laser deposition,the characteristic of microstructure of laser deposition layer,and the development of metal powder materials.More importantly,ultrasonic impact treatment is introduced to relieve the residual stress.It is indicated that laser deposition with proper powder materials and surface posttreatment should be able to meet the remanufacturing requirement of high-speed train unit axles.
remanufacture;train unit;axle;laser deposition;residual stress
TG456.7
A
1001-2303(2017)10-0008-08
10.7512/j.issn.1001-2303.2017.10.02
本文參考文獻引用格式:齊先勝,侯有忠,牛富杰,等.高速動車組車軸的再制造可行性分析[J].電焊機,2017,47(10):8-15.
2017-07-05
齊先勝(1989—),男,焊接工藝師,碩士,主要從事高速動車組的轉(zhuǎn)向架焊接、車軸再制造技術(shù)開發(fā)和應用工作。E-mail:goodqixiansheng@163.com。