Atšķirība starp dzelzs pulveri un niķeļa pulveri lāzerapstrādei
Čuguna detaļu lāzerapstrādes procesā dzelzs un niķeļa pulvera izvēle tieši ietekmē apšuvuma slāņa veiktspēju, pielietojuma scenārijus un izmaksas. Galvenā atšķirība starp abiem atspoguļojas sastāvā, veiktspējā, procesa pielāgojamībā un pielietojuma scenārijos:
1. Sastāvdaļu atšķirības
| Pulvera veids | Galvenās sastāvdaļas | Tipiski leģējošie elementi |
| Dzelzs bāzes pulveris | Uz Fe bāzes (saturs parasti > 50%) | Bieži satur Cr, Ni, Mo, Si, B utt. (piemēram, Fe-Cr-Ni-Mo sistēma, Fe-Si-B sistēma) |
| Niķeļa bāzes pulveris | Uz Ni bāzes (saturs parasti > 50%) | Bieži satur Cr, Mo, W, Co, Si, B utt. (piemēram, Ni-Cr-Mo sistēma, Ni-Cr-B-Si sistēma) |
2. Pamata veiktspējas salīdzinājums
1) Mehāniskās īpašības
Dzelzs bāzes pulveris:
• Augsta cietība (HRC 30–60, ar sastāva regulēšanu, augsts Cr, Mo tips var sasniegt HRC 50 vai augstāku), laba nodilumizturība;
• Izturība ir tuva čuguna matricas izturībai (stiepes izturība 500–1000 MPa), labāka metalurģiskā saderība ar čugunu, un apšuvuma slāņa un matricas saistīšanās stiprība ir augsta (parasti > 300 MPa);
• Vidēja trausluma, augstas cietības modeļiem var būt noteikta plaisu jutība (apšuvuma process ir jākontrolē, lai samazinātu spriegumu).
Niķeļa bāzes pulveris:
• Vidēja cietība (HRC 20–45, mazleģētais tips ir mīkstāks, augsts Cr, W tips var sasniegt HRC 40–50), bet lieliska izturība, labāka triecienizturība nekā dzelzs bāzes pulverim;
• Nedaudz zemāka stiepes izturība nekā augsta sakausējuma dzelzs bāzes pulverim (400–800 MPa), bet labāka plastiskums (pagarinājums > 10 %, dzelzs bāzes pulverim parasti ir
• Nedaudz zemāka saķeres izturība ar čugunu (parasti 200–300 MPa), bet zema plaisu jutība, nav viegli radīt aukstuma plaisas (niķeļa izturības un zemā sprieguma īpašību dēļ).
2) Izturība pret koroziju
Dzelzs bāzes pulveris: vidēja izturība pret koroziju. Parastajam dzelzs bāzes pulverim (zems Cr saturs) ir laba izturība pret atmosfēras un saldūdens koroziju, bet tas ir pakļauts rūsēšanai skābā un sārmainā vidē. Augsta Cr satura pulverim (Cr saturs > 12%) ir uzlabota izturība pret koroziju, taču tas joprojām nav tik labs kā niķeļa bāzes pulverim.
Niķeļa bāzes pulveris: lieliska izturība pret koroziju, īpaši augstā temperatūrā, mitrā, skābā un sārmainā (piemēram, organisko skābju, vāji sārmu) vidē (jo Ni un Cr veido blīvu oksīda plēvi), piemērots korozīviem apstākļiem.
3) Karstumizturība
Dzelzs bāzes pulveris: vispārēja karstumizturība, ilgstoša darba temperatūra parasti ir
Niķeļa bāzes pulveris: spēcīga karstumizturība, var stabili darboties augstā temperatūrā 600–1000 ℃ (piemēram, niķeļa bāzes pulveris, kas satur Cr un W elementus, ar lielisku antioksidācijas un termiskā noguruma izturību).
4) Saderība ar čuguna matricu
Dzelzs bāzes pulveris: tuvāks čuguna (Fe bāzes) termiskās izplešanās koeficientam (dzelzs bāzes pulvera termiskās izplešanās koeficients ir aptuveni 11–14 × 10⁻⁶/℃, čuguna – aptuveni 10–12 × 10⁻⁶/℃), mazs termiskais spriegums apšuvuma laikā, termiskās izplešanās atšķirības dēļ nav viegli plaisāt (īpaši piemērots biezam apšuvuma slānim).
Niķeļa bāzes pulveris: termiskās izplešanās koeficients ir relatīvi augsts (apmēram 13–16 × 10⁻⁶/℃), kas nedaudz atšķiras no čuguna. Bieza apšuvuma laikā tas viegli plaisā termiskā sprieguma dēļ, kas jāsamazina ar iepriekšēju uzsildīšanu, lēnu dzesēšanu vai slāņveida apšuvumu.
3. Procesa pielāgojamības atšķirības
Dzelzs bāzes pulveris:
• Zema jutība pret lāzera jaudu, vidēja kausējuma plūstamība, viegli veidojams plakans apšuvuma slānis;
• Satur deoksidējošus elementus, piemēram, Si un B, ir augsta tolerance pret piemaisījumiem, piemēram, C un S čugunā (nav viegli veidot poras);
• Apšuvuma slāņa atšķaidīšanas ātrumu (apšuvuma slānī sajauktā pamatmetāla proporciju) ir mēreni grūti kontrolēt, parasti to kontrolē 10–20% robežās (pārāk augsts līmenis var samazināt cietību).
Niķeļa bāzes pulveris:
• Augsts lāzera absorbcijas ātrums, laba kausējuma plūstamība (īpaši niķeļa bāzes pulverim, kas satur B un Si), viegli iegūt plānu un vienmērīgu apšuvuma slāni;
• Jutīgs pret C čugunā. Ja matricai ir augsts oglekļa saturs (piemēram, pelēkajam čugunam), C difūzijas dēļ apšuvuma slānī ir viegli veidoties trauslām fāzēm (piemēram, tīkla karbīdiem). Ir nepieciešams stingri kontrolēt lāzera parametrus (piemēram, samazināt jaudu un palielināt skenēšanas ātrumu), lai samazinātu atšķaidīšanas ātrumu (parasti tam jābūt mazākam par 10%).
• Viegli reaģē ar sēru (S) čugunā, veidojot zemas kušanas temperatūras eitektisku vielu (piemēram, Ni₃S₂), kā rezultātā rodas termiskas plaisas. Ir jānodrošina, lai čuguna detaļu pirmapstrādes laikā tiktu noņemti virsmas sulfīdi.
4. Izmaksu un pielietojuma scenāriji
| Izmēri | Dzelzs bāzes pulveris | Niķeļa bāzes pulveris |
| Izmaksas | Zemāks (apmēram 1/3–1/2 no niķeļa bāzes pulvera), rentabls | Augsts (Ni metāla augstās cenas dēļ), augsts izmaksu spiediens |
| Piemērojamie scenāriji | 1. Darba apstākļi, kuros nepieciešama augsta nodilumizturība un vidēja izturība pret koroziju (piemēram, darbgaldu vadotņu un veltņu remonts); 2. Čuguna detaļu lēta, liela apjoma dimensiju atjaunošana vai virsmas nostiprināšana; 3. Prasības bieziem apšuvuma slāņiem (> 2 mm) (piemēram, lielu čuguna detaļu nodiluma remontam). | 1. Darba apstākļi, kam nepieciešama augsta izturība pret koroziju un karstumizturība (piemēram, ķīmiskās iekārtas, augstas temperatūras vārsti); 2. Scenāriji, kuros nepieciešama izcila izturība un triecienizturība (piemēram, zobratu zobu virsmas, drupinātāju āmuri); 3. Plānsienu vai sarežģītas formas čuguna detaļu (piemēram, veidņu, hidraulisko detaļu) precīza apšuvums. |
Kopsavilkums
• Dzelzs pulveris ir vēlams, ja tiek meklētas zemas izmaksas un augsta nodilumizturība, un darba apstākļi neprasa spēcīgu koroziju vai augstu temperatūru (piemēram, parasto mehānisko detaļu remontam).
• Priekšroka tiek dota pulverim uz niķeļa bāzes: ja nepieciešama izturība pret koroziju, karstumizturība vai augsta stingrība, un ir pieņemamas augstākas izmaksas (piemēram, precīzu čuguna detaļu stiprināšana īpašos darba apstākļos).
