沃尔沃装载机球墨铸铁车桥再制造工艺开发与应用

GXF360 2017-12-25

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沃尔沃装载机球墨铸铁车桥再制造工艺开发与应用

曹学亮1，贺芳2，杜学芸3，何建群3，宋其伟3

(1.山东能源重装集团恒图科技有限公司，山东新泰 271222；2.日照港股份有限公司第二港务分公司，山东日照 276800；3.山东能源重装集团大族再制造有限公司，山东新泰 271222)

摘要：以进口材质沃尔沃装载机废旧车桥的再制造修复为研究对象，采用三维扫描技术对磨损部位进行精准测绘。通过金相观察和抗拉强度测试、分析，确定其材质为球墨铸铁QT500-7A。匹配开展激光熔覆工艺验证，实现了车桥的再制造修复。经应用证明，该工艺可行。

关键词：装载机车桥；球墨铸铁；激光熔覆；再制造修复

随着成本优化理念的渗透，大型工程车辆广泛应用于工程机械各大领域。就轮式装载机而言，载重的增大使得装载车设计规格向大型化发展[1]。装载机工作环境恶劣，行驶路面高低不平，对机车构件的整体稳定性要求更高，尤其是车桥等关键零部件，其可导致装载车出现设备故障率高、使用寿命较短等问题[2]。而车桥多采用铸造工艺，技术难度较高；故废旧车桥的再制造附加值较高，可采取一定的技术工艺进行再制造修复，实现循环利用。

某沃尔沃装载机车桥为进口材料，但具体材质未知。为客户降低成本考虑，本文利用三维扫描技术对废旧车桥的磨损部位尺寸进行了精准测绘，通过金相观察和抗拉强度测试、分析，确定了车桥材质。采用激光熔覆技术开展了一系列工艺验证，最终实现了车桥的激光熔覆再制造。

1 车桥测绘

采用三维扫描方法对车桥磨损部位进行评估与测绘，逆向设计车桥标准模型的三维造型和二维图样，优化设计结构模型导出生产加工用图样，解决加工修复过程无图样的问题，确定配合公差。精确测绘后的车桥二维图如图1所示。

图1 车桥测绘图

2 材质分析及确定

2.1 金相检验

在车桥铸件上取样制作金相试样，经金相显微镜观察发现，该材料为球墨铸铁。在抛光态下进行球化分级和评定，金相图如图2a所示，经金相软件分析部分结果见表1，球墨类型为团状石墨，球化级别为4级：石墨大部分呈团絮状和团状，有极少量呈蠕虫状。使用4%硝酸酒精溶液腐蚀，基体组织如图2b所示，组织为铁素体+珠光体，按照GB/T 9441-2009《球墨铸铁金相检验》标准，珠光体数量评级为珠35。对于一般铸铁来说，珠光体数量越多则铸铁的强度、硬度及耐磨性能越强[3]，可见该材质硬度适中。

图2 球墨金相图

2.2 显微硬度检测

试样抛光态进行显微硬度检测，使用HVS-1000A华银数显显微硬度计，在试样表面间隔5 mm取点测试，检测结果显示单点硬度分别为169、175、198、186和197 HV1，平均硬度为185 HV1。

表1 金相软件分析部分结果

石墨类型石墨长度/mm个数百分比/%球化级别球化率/%Ⅰ0.1～<><><><><><>

2.3 拉伸试验及结果判定

使用WDW—20型万能试验机，根据GB/T 228—2002《金属材料室内拉伸试验方法》标准取样进行金属拉伸试验。球墨铸铁具有良好的韧性, 在屈服阶段之后的拉伸试验过程中, 晶粒充分变形后才发生断裂[4]。试验数据见表2。

表2 3种试样的拉伸试验数据

序号外径/mmFm/kNFp0.2/kNRm/MPaRp0.2/MPaA/%115.0092.661.25243507.3215.0093.364.35283607.1315.0092.161.95213506.9

由表2可知，测得的规定非比例延伸强度Rp0.2 比较稳定，抗拉强度Rm平均值为524 MPa，断后伸长率A的平均值为7.1%。根据试验结果并对照GB/T 1348—2009《球墨铸铁件》标准判断，确定该材料为QT500-7A。

3 工艺验证

根据上述检测结果，采用激光熔覆技术熔覆硬度相近的合金粉末以实现再制造修复。为保证熔覆质量及熔覆均匀性，熔覆部位不得有锈蚀等污物，故将磨损部位使用镗床整体去除0.6～1.0 mm。

激光熔覆铸铁件容易出现裂纹等缺陷，而熔覆前的预热和熔覆后缓冷是防止出现裂纹的一种有效措施[5]。通过工艺试验验证，最终确定工艺为：熔覆前预热至350 ℃，层间温度≥200 ℃。采用3 000 W半导体激光器及匹配开发的铁基合金粉末，熔覆功率为2 300 W，线速度为8 mm/s，熔覆厚度为1.0～1.2 mm。熔覆完成后，采用石棉包裹缓慢冷却至室温。最后根据测绘图样进行机械加工，恢复车桥原始尺寸。

4 结语

车桥激光熔覆部位硬度略高于基材硬度，熔覆层与球铁母材结合良好，且熔覆层厚度均匀，显著增加了熔覆部位的耐磨性[6]。经实践证明，激光熔覆加工后的车桥与新车桥使用寿命相当，各项试验指标均达到客户使用要求。

参考文献：

[1] 梁日荣,吴惠彬.装载机结构件的发展对加工设备和刀具的要求[J].金属加工(冷加工),2014(22):11-13.

[2] 李宗玉,石沛林.ZL50 型装载机前车架的有限元分析[J].农业装备与车辆工程,2011(5):20-24.

[3] 灰铸铁的热处理[R/OL].[2012-11-22].http://www.doc88.com/p-994525495352.html.

[4] 曾力.拉伸试验速率对低碳钢力学性能的影响[J].理化检验-物理册,2007,43(1):6-8.

[5] 石岩,张宏,徐春鹰.激光熔覆科尔莫落依合金涂层的奥氏体不锈钢表面组织和耐磨性研究[J].兵工学报,2010,31(7):927-932.

[6] 李养良,潘东,甘春飞,等.QT-500球墨铸铁表面激光熔覆镍基合金的组织与性能[J].金属热处理，2012,37(2):106-109.

责任编辑马彤

Development and Application of Remanufacturing Process for Nodular Cast Iron Axle of Volvo Loaders

CAO Xueliang1, HE Fang2, DU Xueyun3, HE Jianqun3, SONG Qiwei3

(1.Hetu Science and Technology Co., Ltd., Shandong Energy Heavy Equipment Group, Xintai 271222, China; 2.The Second Harbor Company, Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276800, China; 3. Dazu Remanufacturing Co., Ltd., Shandong Energy Heavy Equipment Group, Xintai 271222, China)

Abstract：Took the remanufacturing of the imported Volvo loader’s waste axle of as research object, and used the 3D scanning technique to carry out the precise surveying and mapping. After metallographic observation and tensile strength test and analysis, the material was judged to be QT500-7A. Did matching verification of laser cladding process, the remanufacturing of axle was realized. The results of the application showed that this process is feasible.

Key words：loaders’ axle, nodular cast iron, laser cladding, repair remanufacturing