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原文传递基于激光熔覆的高铁钢轨强化研究

论文题名：	基于激光熔覆的高铁钢轨强化研究
关键词：	激光熔覆;高铁钢轨;工艺参数;组织性能
摘要：	兰新高铁是丝绸之路经济带上一条重要的交通枢纽，途径平原、戈壁、沙漠、风沙区等不同地带，这种复杂环境对铺设在沿线的高铁钢轨带来了不小挑战。高铁运行时，钢轨不但受到常规的冲击、磨损、疲劳，还要经受该区域特殊的气候环境。巨大的昼夜温差使钢轨表面滋生裂纹，雨水的反复冲蚀使钢轨表面产生蚀坑，加剧了钢轨的老化。风沙冲蚀是兰新线上钢轨要面临的又一难题，它不但会冲蚀钢轨的底座和轨头，而且冲坑里填满了细小沙粒，这加剧了钢轨的磨粒磨损。所以，采用激光熔覆技术对高铁钢轨进行强化研究，增加其在恶劣环境下的耐磨、耐蚀、抗冲击能力，将有利于提高高铁运行的平稳和安全，对于保障丝路运输具有一定的现实意义。　　论文采用光纤激光器进行钢轨的强化试验。首先，在钢轨试件表面完成了激光熔凝工艺试验，并对它的内部结构和显微硬度做了分析，其次，在试件表面激光熔覆了 Ni/WC合金，优化了其工艺参数，并用 OM、SEM、EDS、等仪器对其内部结构进行了观察，最后，用磨损机和风沙冲蚀设备对熔覆层和基体分别做了磨损和冲蚀，观察了表面形貌。通过上述试验，得出以下结论：　　1、激光熔凝参数为1300W、扫描速度为4mm/s、离焦量为8mm时，熔凝效果最佳，硬度为1013HV，达到了最大值。测量发现，熔凝区显微硬度是基体的3.6倍，在该条件下，激光功率超过1100W时，钢轨试件都产生熔凝区。　　2、通过单道激光熔覆正交试验，获得钢轨激光熔覆的最佳工艺参数组合为激光功率1500W、移动速度6mm/s、送粉速度1r/min、离焦量0mm，通过做极差，得出影响因子对熔覆层外貌的影响情况为：　　试验参数对单道熔覆层宽度由大到小的影响顺序为，送粉速度＞移动速度＞离焦量＞激光功率，即送粉速度对熔覆层宽度的影响最大，送粉越多，熔覆层宽度增加的越明显，而激光功率的变化对熔覆层宽度的影响最小。　　工艺参数对熔覆层高度的影响情况为，送粉速度＞移动速度＞激光功率=离焦量，送粉速度的大小对熔覆层的高度起绝对性的作用，送粉越多，熔覆层的堆积的越多，从而使熔覆层的高度增加。激光功率和离焦量对熔覆层高度的影响基本一致。　　参数因子对裂纹影响的先后顺序为，送粉速度＞激光功率＞移动速度＞离焦量，即送粉速度的变化对裂纹生成最为敏感，离焦量的大小对熔覆层裂纹的影响不大。　　3、以50%的搭接率在钢轨表面熔覆厚度为1mm的熔覆层，其表面光滑，无裂纹、气泡、杂质等缺陷。显微镜下观察，发现熔覆层与基体之间有一条亮带，稀释率为14.8%，并且，在相变区中出现了渗析元素，说明熔覆层与基体是冶金结合，结合强度高。熔覆层内部分为四个区域，分别为熔覆层、基体熔化区、相变区、基体，熔覆层内部主要是枝状晶体，且离基体越近，晶体的主晶越大，在上面出现二级枝晶。在熔覆层内部存在一些未完全熔化的 WC颗粒，其周围附着非常细小的枝状晶体，细化了组织，增加了熔覆层的强度。　　4、试件磨损和风沙冲蚀试验发现，基体的磨损量是熔覆层的5-10倍，而熔覆层的冲坑明显小于基体的冲坑，其表面的耐磨耐冲蚀性能得到了极大的提升。
作者：	谢亚东
专业：	材料科学与工程
导师：	祁文军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	新疆大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文