[发明专利]一种车轴增材修复用铁基合金粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明属于合金材料科学及激光熔覆增材修复技术领域，具体涉及一种车轴增材修复用铁基合金粉末及其制备方法和应用。所述铁基合金粉末包括如下质量百分比的成分：碳C：0.04％～0.25％，铬Cr：0.80％～2.0％，硅Si：0.30％～0.80％，锰Mn：0.50％～1.0％，钼Mo：0.30％～1.0％，钒V：≤0.06％，铜Cu：≤0.3％，镍Ni：≤0.3％，余量为铁及杂质。所述铁基合金材料具有激光熔敷修复工艺适应性好，修复区域组织细密，无气孔、裂纹等缺陷，力学性能与现有轨道交通装备车轴匹配或接近，且满足车轴运行环境及国家标准要求的优点，解决了现有修复合金材料存在的修复层强度和硬度过高难以装配，或断后伸长率过低容易车轴疲劳性能的问题，满足车轴零部件的多样化修复性能要求。

技术领域

本发明属于合金材料科学及激光熔覆增材修复技术领域，具体涉及一种车轴增材修复用铁基合金粉末及其制备方法和应用。

背景技术

轨道交通装备主要指机车、货车车辆、客运列车、高速列车、地铁车辆以及工程维护车等在轨道上运行的所有车辆及工程装备。

车轴是包括机车和车辆在内的所有轨交装备运行过程中最关键的零部件之一，其可靠性直接关系着轨交装备的行车安全。同时，单根车轴价格在2-8万元，是轨道交通装备附加值较高的一类零部件。但是，在轨道交通装备运行中，振动、微动摩擦、腐蚀等因素使得车轴与车轮、轴承、齿轮箱等配合的关键位置易于发生微动损伤和疲劳损伤，造成表面裂纹、磨蚀坑等缺陷，大大降低了其使用寿命。此外，在轨交装备制造过程中，车轴与装配在其上的车轮、轴承、制动盘、齿轮箱等零部件一般都采用过盈配合进行压装装配，这造成了车轴在组装、退卸和检修过程中也容易发生不同程度的表面划伤、拉伤、磕碰等损伤。

由于车轴事关整车行车安全，目前行业内对表面轻微受损的车轴采取了比较保守的策略，即对于表面划伤深度小于0.1mm的列车车轴，允许打磨后继续使用，直至最终减少至极限尺寸而报废，而对表面损伤深度大于0.1mm的车轴则一般直接废弃或封存。据统计，每年国内轨交装备弃置的车轴数量超万根，随着我国轨道交通装备新造数量和运行里程的不断增加，被弃置的车轴数量仍在持续增加。这造成了大量资源浪费和经济损失，增加了轨交装备制造和运营维护成本。因此，对车轴进行修复是目前最为绿色、经济和可持续的方法。

常用的轴类零部件增材修复方法主要包括电刷镀、热喷涂、激光熔覆和电弧堆焊。其中电刷镀和热喷涂修复层与基体结合强度不高，易脱落，厚度也有一定限制，难以用于车轴等安全要求较高的零部件修复中；而电弧堆焊热输入过大，对基体影响大，成形精度也较低。激光熔覆增材修复以高精度激光为热源，具有热影响区小、基体变形小、稀释度低、成形精度高、加工柔性好等优点，能够很好的用于关键轴类零部件的损伤修复中，有效延长轨交装备车轴的使用寿命。

采用激光熔覆进行车轴增材修复，除了恢复原有尺寸，更重要的是修复层力学性能达到车轴强韧性能要求，且接近于车轴基体性能。这样除了能够满足国家标准对车轴性能的要求，还能够更好的与车轮、轴承等零部件的匹配，易于车轴后期加工和压装。

但目前市场上常用的激光熔敷修复铁基合金粉末体系主要以普适化的FeCrBSi体系粉末，以及316L、304、420等不锈钢体系的合金粉末为主。这些合金粉末体系虽然普适性较好，能够用于常规零部件的修复，但很难满足特定关键零部件的多样化的修复性能要求：如澳大利亚皇家墨尔本理工大学就曾经采用420不锈钢粉末进行车轴修复，但修复层强度远高于车轴基体，修复层表面硬度也较高，这使得后期车轴难以进行压装装配。而专利CN105132916A也同样采用高Ni，Cr含量的类似不锈钢配方，并采用球磨干燥方法制备车轴激光修复用粉末，最终熔敷修复层强度和硬度远高于车轴基体，而断后伸长率又远低于车轴基体，无法满足国家标准对车轴性能的要求，并且容易影响车轴的疲劳性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种车轴增材修复用铁基合金粉末。所述铁基合金粉末能够匹配车轴本体性能，满足车轴运行环境、应力特性和疲劳性能要求，同时满足激光熔敷修复工艺适应性。