矿用磨损链轮的堆焊再制造修复及修复后性能学习体会

文献概况与再制造理念

本文发表于2025年《机械工程材料》第49卷第11期，作者王亮来自兰州石化职业技术大学能源与动力工程学院，研究采用富氩气体保护焊对矿用40CrNiMoA中碳调质钢链轮的磨损表面进行双层堆焊修复。矿用链轮作为矿山提升、运输系统中的关键传动部件，长期承受高冲击载荷和磨粒磨损的双重作用，磨损失效是其最常见的失效模式。传统的处理方式往往是报废更换新件，但考虑到矿用链轮通常体积大、材料贵、加工周期长，再制造修复不仅具有显著的经济价值，也符合绿色制造和可持续发展的理念。

修复工艺方案设计

本文采用的修复方案为"双层堆焊+中间回火+最终回火"的三段式工艺，体现了对焊接冶金和材料性能的系统考量：

这一工艺设计体现了几个重要的工程思想。首先，选用JM100（相当于低合金结构钢焊丝）作为过渡层，而非直接使用耐磨焊丝，原因在于40CrNiMoA中碳调质钢的硬度较高（调质态约28~32 HRC），而YD256耐磨焊丝的熔敷金属硬度通常在50~60 HRC以上，两者之间若直接过渡，硬度梯度过于陡峭，极易在熔合区产生裂纹。JM100过渡层的硬度适中，起到了"硬度缓冲"的作用。其次，过渡层堆焊后的400℃回火处理，一方面可以降低过渡层的硬度，使其与母材的硬度梯度更加平缓，另一方面可以释放堆焊过程中产生的残余应力，降低后续堆焊时的开裂风险。第三，最终350℃回火处理是在不显著降低耐磨层硬度的前提下，进一步消除残余应力、改善韧性。

组织与性能分析

文献对堆焊修复试样进行了全面的组织与性能评价：

过渡层组织为大量针状铁素体和少量片状珠光体，晶粒细小且分布均匀。针状铁素体组织的形成与JM100焊丝的合金成分和冷却速度密切相关，这种组织具有良好的强韧性匹配，适合作为过渡层。

耐磨层组织为铁素体、珠光体、回火马氏体和颗粒状碳化物的混合组织。YD256耐磨药芯焊丝属于高碳高铬型耐磨焊材，其熔敷金属在快速冷却条件下形成马氏体组织，经350℃回火后转变为回火马氏体，同时析出弥散的碳化物颗粒。这种组织组合提供了优异的耐磨性——回火马氏体提供基体强度，碳化物颗粒提供耐磨性。

这一组数据令人印象深刻。堆焊修复后的链轮在硬度、强度和韧性方面均优于未磨损的新链轮，耐磨性更是显著提升。冲击功提升26.4%尤其值得关注——这意味着修复后的链轮在承受冲击载荷时表现出更好的韧性，不易发生脆性断裂。这一结果可能与堆焊过程中形成的细晶组织和弥散强化相有关。

工程实践中的关键控制点

从再制造工程实践的角度，本文的工艺方案提示了以下几个关键控制点：

第一，堆焊前的表面准备至关重要。磨损表面可能存在塑性变形层、微裂纹和氧化层，需要通过打磨或喷砂去除，以确保堆焊层与母材的冶金结合质量。文献提到堆焊修复层与母材之间冶金结合性能良好，无气孔、裂纹等缺陷，这说明表面准备和焊接参数控制均到位。

第二，多层堆焊中的层间温度控制。过渡层与耐磨层之间需要适当的层间温度——温度过低会导致冷裂纹风险增加，温度过高则可能降低耐磨层的硬度和耐磨性。文献中过渡层堆焊后的400℃回火处理，实质上是对层间温度的有效管理。

第三，堆焊厚度的选择。过渡层10 mm、耐磨层10~15 mm的总厚度为20~25 mm，这一厚度足以覆盖链轮齿面的磨损区域并提供足够的耐磨余量。但在实际应用中，需要根据磨损程度和剩余齿厚来确定堆焊厚度，避免堆焊过厚导致齿形超差。

反思与思考

本文的研究成果表明，堆焊再制造修复不仅是一种经济手段，更是一种性能提升手段——修复后的链轮在多项性能指标上优于新件。这挑战了传统观念中"修复件性能不如新件"的固有认知。其根本原因在于，堆焊耐磨层引入了高硬度碳化物强化相，而中间回火处理优化了组织状态，使得修复件的综合性能得到了提升。

然而，在实际工程应用中，还需要考虑堆焊修复对链轮整体刚度和齿形精度的影响。大面积堆焊可能引入较大的焊接残余应力和变形，对于精度要求较高的链轮，堆焊后的机加工余量需要充分预留。此外，对于承载能力要求极高的矿用链轮，堆焊修复后的整体疲劳寿命仍需通过更长期的服役验证。

总结

本文通过系统的工艺研究和性能验证，证明了富氩气体保护焊双层堆焊修复方案在矿用40CrNiMoA链轮再制造中的有效性，修复后的链轮在硬度、强度、韧性和耐磨性方面均优于新件。这一研究成果为矿用链轮的再制造修复提供了可靠的工艺依据和性能数据，具有重要的工程应用价值和推广前景。对于从事矿山设备维护和技术再制造的技术人员而言，本文的工艺参数和性能数据具有很高的参考价值。