激光感应复合熔覆镍基涂层的裂纹研究

采用送粉激光感应复合熔覆技术制备了镍基合金熔覆涂层,研究了涂层的组织和裂纹行为.研究结果表明,镍基合金熔覆层具有很大的裂纹倾向,激光感应复合熔覆中工艺参数对裂纹形态有较大的影响,感应加热可以有效抑制熔覆层的开裂行为,感应能量的加入使熔覆层、热影响区和基体显微硬度有所降低.熔覆过程中主要产生残余热应力,随着感应能量的增加,熔覆层残余拉应力明显减小,当感应能量密度达到36J/mm2时,基体表面温度约为600℃,裂纹完全消除.     

氧化锆掺杂激光熔覆涂层成形、结构与增韧机制

本文利用氧化锆陶瓷在不同凝固成形条件下具有相结构变化的特点,将其作为激光熔覆涂层的增韧相.激光熔覆试验结果表明含氧化锆增韧激光熔覆涂层成形关键在于控制熔池熔体的流动性,低的激光线功率密度有助于分层现象的消除:扫描电镜和能谱分析表明氧化锆陶瓷在熔覆层中没有显著的富集,且点状弥散分布较均匀,同时XRD图谱证明激光熔覆层中氧化锆为单斜相结构,达到了利用氧化锆相变消除残余热应力裂纹的目的,从而可以解决激光熔覆裂纹产生的关键问题.     

纯铜表面脉冲激光熔覆Ni60涂层的结构与性能研究

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难,得到冶金结合良好的Ni60熔覆层,采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法,在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验,并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型,对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时,Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时,激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV_0.2;常温下,Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45,摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明,随着预热温度的升高,Ni60熔覆层中裂纹减少,激光熔覆效率提高;Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度,减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术,在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层,可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。     

激光快速成形316L不锈钢残余应力分布

本文采用钻孔法对316L不锈钢激光快速成形薄板二维残余应力分布进行了实验研究。研究结果表明,平行于激光扫描方向的残余应力σy,在整个熔覆高度上以拉应力作用为主,在靠近基材一侧为较大的拉应力,当到达一定的熔覆高度后,随着熔覆层的进一步增加,开始有所回落,并逐渐稳定下来,保持较低的拉应力状态;垂直于激光扫描方向的残余应力σz,基本表现为拉应力,数值相对较小,随着熔覆层的增加,拉应力数值逐渐减小,有改变为压应力的趋势。     

温度梯度对激光熔覆层裂纹产生的影响

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。     

Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量

为制备低残余应力涂层,在304不锈钢表面激光熔覆Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层。采用ANSYSTM有限元分析软件分析其应力场,利用机械钻孔法测量相同工艺条件下的激光熔覆试样的残余应力分布特性对模拟结果进行验证,并采用XRD分析Fe-Mn-Si记忆合金涂层低残余应力机理。结果表明,激光熔覆产生的应力诱发Fe-Mn-Si记忆合金各涂层马氏体转变,将残余应力释放,得到低残余应力涂层。在受到各道激光照射（光斑接近至远离）过程中产生的热应力交替呈现为拉-压-拉应力状态,越远离激光热源中心,热应力越小;冷却完成后,激光涂层上残余应力表现为拉应力,最大应力位于基体与涂层交界处;在垂直与平行于激光熔覆两个方向上,涂层中的残余应力均呈现两侧大中间小的分布规律,在厚度方向上,熔覆涂层表面至涂层中心残余拉应力逐渐增加到最大值后,过涂层中心至熔化边界残余拉应力的数值开始逐渐降低,过涂层边界后,基体承受压应力并逐渐趋于零应力应力状态。     

灰口铸铁多层熔覆Ni基合金工艺试验与应用

采用灰口铸铁作为基体材料,在不预热情况下通过增加Ni25过渡合金熔覆层,再用Ni45合金进行熔覆实验;由于过渡合金熔覆层中的Ni提高了奥氏体的稳定性,缓解了组织内产生的残余应力,减缓硬度梯度,多次堆焊加热使其热应力在该区域得到缓释,消除裂纹产生。同时又由于Ni45熔覆层中的高Cr使钢的共析成分点左移,同时产生Cr19Fe7Ni11金属化合物,因此提高了修复层的硬度,熔覆层厚度6mm。经修复后的罗茨鼓风机转鼓,加工后能满足机械装配精度及设备厂性能,耐磨性大大提高。     

45钢表面激光熔覆316L涂层显微组织与性能

采用激光熔覆技术在45钢表面制备316L合金涂层，分析了激光熔覆层的微观组织，测试了激光熔覆层的微观显微硬度。结果表明：激光熔覆区显微组织为细小树枝状结晶组织，熔覆区微观组织均匀致密以及存在着硬质点弥散分布，使得表面耐蚀性、硬度和耐磨性大幅度提高。熔覆层中残余应力一般是拉应力，随着熔覆层厚度的增加，应力回落并逐渐稳定下来，且基体残余应力较熔覆层小。     

激光熔覆Ni-Sn共晶合金的组织演变

采用激光熔覆方法制备了 Ni-Sn共晶合金熔覆层, 通过对不同扫描速度下熔覆层的组织特征进行分析, 发现熔覆层组织主要由琢-Ni+Ni3Sn层片共晶组成, 层片间距相比基材明显细化, 并且在熔覆层与基材界面处, 共晶层片基本沿熔覆层沉积方向外延生长, 随着远离基材, 层片共晶生长方向逐渐向激光扫描方向偏转, 在垂直激光扫描方向的熔覆层横截面呈现出类等轴的共晶团组织。随着扫描速度的增加, 熔覆层中的带状组织和顶部的少量非规则共晶团逐渐消失, 共晶层片间距减小。用描述快速共晶生长的 TMK模型对熔覆层底部的共晶层片间距随激光扫描速度的变化规律进行了分析, 实验结果与理论模型基本吻合。     

激光熔覆含碳化钨的镍基合金

在20Cr2NiSiW基体上熔覆添加碳化钨的镍基合金,对熔覆层的应力状态进行了分析, 基体的熔前预热和熔覆层的熔后保温,可以改善熔覆层的应力分布。在表面层和基体之间熔覆具有良好韧性的“过渡层”,减少了微裂纹。分析了掺碳化钨的镍基合金复合熔覆层的硬度分布和微观结构。改进了激光熔覆工艺,得到了应力分布状态较好的无裂纹的激光熔履层。     

激光熔覆Zr/FeCSiB涂层的组织和性能

采用激光预置熔覆法,通过在FeCSiB合金粉末中添加一定比率的强碳化物形成元素Zr,在中碳钢基体上制备原位析出的颗粒增强铁基复合材料表层。利用光学显微镜、场发射电子扫描显微镜(能谱仪)和金相组织分析系统,对熔覆层显微组织、硬质颗粒的成分及其分布规律进行了观察与分析。其显微组织特征是树枝状的先共晶奥氏体分布在共晶基体上的亚共晶介稳组织;奥氏体在随后的冷却过程中转变为马氏体;熔覆层与基体成良好的冶金结合。熔覆层内析出的硬质颗粒是以ZrC为主的复合碳化物,主要分布在枝晶内与枝晶间;单道搭接熔覆层颗粒的体积分数分别为1.96%、2.2%～3.84%;显微硬度值在800HV0.2～1100HV0.2之间。     

激光熔覆参数对灰铸铁激光熔覆层裂纹的影响

通过调整激光熔覆工艺参数 ,对灰铸铁激光熔覆层裂纹问题的研究 ,发现表层裂纹率随激光扫描速度或激光功率的增加有最低值。结合激光熔覆工艺参数 ,分析了残余拉伸应力的变化 ,熔覆层树状晶的结晶方向及渗碳体组织长度和粗细程度的改变 ,同时也分析了珠光体的形态及分布与离异共晶的有无 ,解析了不同激光熔覆工艺参数形成不同裂纹率的原因。     

Ni基合金/45#钢宽、窄带熔覆Co基合金的组织

利用 5kWCO2 激光器在Ni基铸造高温合金 4 5 #钢基体上宽带、窄带激光熔覆了H¨ogan¨as钴基合金 ,制备了无缺陷的涂层。用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对比分析了熔覆层的显微组织特征和相结构。结果显示 ,熔覆层均为由初生相γ Co枝晶和γ Co +Cr2 3C6 共晶组成。宽带熔覆层界面为垂直于界面生长 ,窄带熔覆层界面结晶方向受热流控制 ,为多方向结晶。 4 5 #钢熔覆层界面具有明显的白亮过渡层且宽带熔覆比窄带宽 ;Ni基合金熔覆层界面区很宽且不规则 ,无白亮色过渡层。沿熔覆层中心线的纵截面取样可见平行生长的枝晶     

一种通过改变激光功率密度分布控制熔覆层裂纹的方法

为了降低激光熔覆过程中熔覆层热应力从而减少裂纹的生成,提出了一种通过改变激光功率密度分布来控制熔覆层裂纹的方法,并用数值模拟的方法对均布及凸字形光斑熔覆过程进行了热力耦合有限元分析。结果表明,用均布光斑熔覆呈现出激光加工典型的快速加热、快速冷却特征,而采用凸字形光斑可在一定程度上起到预热、缓冷的效果,从而降低了熔覆区与非熔覆区的温度梯度,另外,在熔覆效果相当的前提下,其熔覆层热应力也较小,因而可以有效地减小熔覆层的开裂趋势。     

超声辅助钛合金激光沉积成形试验研究

借鉴超声振动在铸造、焊接、熔覆等领域中的作用,将超声振动引入钛合金激光沉积成形系统中,利用超声作用细化晶粒,均匀组织成分,减小试件的残余应力,从而解决成形件变形开裂的难题。针对成形系统的结构特点,搭建了超声振动系统,进行了超声振动辅助钛合金沉积成形试验。通过观察沉积试件的微观组织和对试件残余应力的测试,发现超声振动使试件熔覆层中的晶粒得到细化,使功能梯度材料试件中的TiC硬质相弥散均匀;并且能够减小试件的残余应力。测试结果表明超声空化或机械效应可以打碎由初生枝晶交错连接形成的固态结晶网,从而细化了晶粒,同时使继续结晶时熔体得到补充,减小了枝晶间产生的拉应力;另外超声波在熔池中的搅拌声流将使硬质相运动到熔池各处,使之分布更为均匀,在一定程度上减少了相与相之间凝固收缩应力的不同而产生的凝固应力。     

激光熔覆裂纹的产生原因及消除方法探究

本文综合国内外研究成果,分析了激光熔覆的影响因素,认为热应力、组织应力和约束应力足产生激光熔覆裂纹的主要因素.文章从材料选择和上艺两个方面剖析了产生熔覆裂纹的内在原因,并从热处理、韧性合金化元素和超声震动三方面探讨了预防激光熔覆裂纹的方法.     

激光表面熔覆层凝固组织特征形成过程

试验研究了激光熔覆层的凝固特征和组织形成规律.结果表明:熔覆层不同位置的凝固特征参数不同.熔覆层底部属于典型的平面外延生长组织,且枝晶粗大;而顶部是较规则的树枝状共晶组织;中部为细小的胞晶和柱状晶;且晶体生长受结晶学各向异性影响.熔覆层组织晶粒形核的非均匀形核特征显著.熔覆层微区成分存在着不均匀性,不同元素沿晶间偏析(富集),是组织不均匀的重要原因.