摘要
电弧增材修复技术作为一种高效成形、充分利用材料的低成本金属修复技术，具备不受设备成形腔或真空室尺寸限制，可原位修复较大尺寸零件的特点，该技术经过经年累月的发展，在修复上的优势越来越明显。贝氏体钢辙叉通常采用贝氏体钢进行修复，其强韧匹配较好而塑性不稳定，延展性差。基于此，本文以强塑匹配优异的奥氏体钢丝材与贝氏体钢丝材作为研究对象，采用等离子弧增材制造系统进行了贝氏体钢辙叉表面的修复层工艺、组织与性能研究。 首先研究了修复层底部沉积金属的增材成形工艺，引入宽高比和稀释率作为单道焊缝成形的评价标准，通过高精度数学建模在满足宽高比最大和稀释率最小情况下得到最佳单道成形工艺参数，后续对最优工艺下的单道工艺进行多道搭接策略的制定，并由此确定了最佳的单层多道基体修复层的增材工艺。 其次针对高平整奥氏体钢与贝氏体钢修复层进行组织分析与性能检测，掌握修复复合接头处的微观形貌与修复层内部的微观组织。结果表明奥氏体钢-贝氏体钢辙叉基体、贝氏体钢-贝氏体钢辙叉基体均结合良好，无缩孔等缺陷，从基体到奥氏体钢修复层顶部，组织所呈现的特征为：在远离结合界面向结合界面靠近时晶粒粗化，修复层底部到顶部分别分布有底部生长方向杂乱的柱状晶、柱状晶内胞状亚结构、中部生长方向一致的柱状晶和晶间等轴晶以及顶部分布杂乱的枝晶间铁素体形态；从基体到贝氏体钢顶部组织呈现基体组织近界面处晶粒变细，从修复层底部到顶部晶粒先粗化后细化。进一步的，设计修复层性能测试试验，对比之下，贝氏体钢与奥氏体钢修复层的相关性能具备各自的优势，奥氏体钢修复层在抗拉强度、塑性、疲劳、剪切方面更加优异；贝氏体钢修复层在冲击、磨损、硬度方面更加优异。 最后，对贝氏体钢修复层进行热处理优化，增材态下贝氏体钢修复层经过热处理后性能有一定提升作用，抗拉强度与断后延伸率最大达 974MPa、35.6％，硬度最大达330.2HV0.5,体积磨损率最小达 0.07 mm3/(N*m) ；随后对奥氏体钢进行进一步热处理优化，强度变化不明显，其余性能均有一定程度上的提升，断后延伸率最大达 52.5％，常温冲击吸收功最大达 52J，硬度最大达321.8 HV0.5，体积磨损率最小达0.005 mm3/(N*m)。综合各项指标，1000℃固溶4h时奥氏体钢修复层综合性能最佳。
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