45钢表面激光重熔纳米晶镍镀层组织与性能研究

采用喷射电镀在45钢表面制备了纳米晶镍镀层,并对其进行了激光重熔处理。分析了纳米晶镀层和激光重熔层的微观组织,测试了重熔层的显微硬度及耐腐蚀性能。结果表明:喷射电镀制备的镀层组织属于纳米晶范畴,激光重熔层与基体为冶金结合,内部组织由大量的枝晶和等轴晶构成;重熔层的硬度和耐腐蚀性明显提高。     

激光熔覆成形Ni基合金层的研究

采用同轴送粉式激光熔覆工艺对Ni基合金粉末进行单道单层、单道多层及多道多层熔覆成形实验.结果表明:所形成的熔覆层与基体为冶金结合;内部组织由大量的枝晶和等轴晶构成且组织均匀、致密;熔覆层硬度最高达771HV0.2,为基体材料硬度的3～4倍.耐磨性显著提高;熔覆层内部无气孔出现,局部存在少量微观裂纹.     

超声冲击对电弧熔丝增材制造低碳钢组织的影响

电弧熔丝增材制造低碳高强钢过程中产生的组织粗大和各向异性等问题一定程度上限制了该技术的应用和发展。在电弧熔丝增材制造过程中引入层间超声冲击处理，以改善制件的组织状态和各向异性，采用光学显微镜和扫描电子显微镜等手段对超声冲击前、后的组织状态进行了对比。结果表明，经过超声冲击处理后，具有明显方向性的典型柱状晶组织转变为均匀、细小的等轴晶组织；电子背散射衍射结果表明，超声冲击强化可改善组织的方向性并大幅细化晶粒。这是因为超声可以打破组织内部对位错运动的限制，促进位错合并和湮灭，进而形成大量亚结构，并在后续沉积层的热效应作用下发生部分再结晶。这种转变会阻碍柱状组织的生长，并将柱状组织分成具有小纵横比的胞状或等轴状组织。     

激光快速成形过程中316L不锈钢显微组织的演变

对316L不锈钢在激光快速成形过程中的凝固行为和组织形成进行了考察．结果表明，成形件呈现全γ奥氏体结构，γ奥氏体从基体外延生长成柱状枝晶，并显示较强的晶体取向性，其（100）晶向基本平行沉积方向，仅在顶部出现一薄层转向枝晶层，而在成形件中出现的层带结构并未影响不同熔覆沉积层之间组织生长和取向的连续性．采用最高界面生长温度判据对激光快速成形中的相形成规律进行了分析，并结合平界面稳定性分析、枝晶生长理论和柱状晶／等轴晶转变模型讨论了成形件中的层带形成及外延柱状晶生长特性．     

钢基表面单道激光熔覆Fe3Al金属间化合物的研究

以纯Fe3Al粉末为原料,采用同步送粉式激光熔覆工艺在低碳钢基体表面合成Fe3Al金属间化合物.利用金相显微镜、扫描电镜与X衍射实验方法对熔覆合金层、合金层与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析.结果表明,激光熔覆功率对合金层品质有较大影响,本实验在2 kW激光熔覆功率条件下获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂、裂纹等缺陷的熔覆层,熔覆表面有一定起伏的合金层,合金层与基体间完全冶金结合;熔覆合金层主要由单相Fe3Al构成,熔覆层组织为细小等轴状晶粒,等轴晶内部由大量更为细小的条状Fe3Al晶粒构成.     

连续点式锻压激光快速成形TC11钛合金的组织和力学性能

采用连续点式锻压激光快速成形技术进行了TC11钛合金厚壁零件成形实验,利用OM、SEM等手段研究了连续点式锻压激光快速成形TC11钛合金的组织和力学性能。结果表明,TC11钛合金试样内部的等轴晶晶粒尺寸均匀,平均晶粒尺寸48.7 mm。等轴晶的晶界α相连续,晶内是初生α相板条+β转变组织组成的双态组织。在连续点式锻压激光快速成形过程中,连续点式锻压时,TC11钛合金厚壁零件的表层变形区深度约为1.5 mm,变形量为20%。在连续点式锻压冷变形TC11钛合金上表面沉积新层过程中,当激光束扫描经过时,熔池热影响区中约1 mm厚(4层)冷变形TC11钛合金被加热到钛合金β转变温度之上,并在0.86 s内完成再结晶。力学性能结果表明,与TC11钛合金锻件相比,连续点式锻压激光快速成形的TC11钛合金的强度高,而塑性低。断口形貌分析表明,晶间断裂是导致TC11钛合金塑性差的主要原因。     

激光功率对5356铝合金激光诱导MIG电弧增材制造组织性能的影响

为了改善MIG电弧增材制造5356铝合金的组织及力学性能,将低功率激光与MIG电弧增材制造结合,采用低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造技术进行了不同激光功率下5356铝合金单道多层墙体成形试验,分析了激光功率对沉积态5356铝合金组织、显微硬度及拉伸性能的影响.结果表明,低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造成形试样整体冶金结合良好、无明显的未熔合现象.墙体的微观组织主要呈等轴晶状,与单MIG电弧堆积的墙体相比,等轴晶变得细小均匀,显微硬度提高,波动较小.加入激光可以减少Fe元素、Si元素含量和气孔数量,使墙体的力学性能提高,当激光功率为300 W时达到最大值,较单MIG电弧堆积墙体的抗拉强度提高了12.0%.     

热处理对复合制造AerMet100超高强度钢组织均匀性与拉伸性能的影响

研究了不同热处理工艺下复合制造AerMet100超高强度钢试样的组织均匀性,测试了其室温拉伸性能,并分析了其断裂机制。结果表明,沉积态复合制造AerMet100钢的显微组织很不均匀,包括激光沉积区、锻件区以及锻件热影响区;经正火+高温回火+最终热处理后,激光沉积区的晶粒由柱状晶转变为等轴晶,激光沉积区、锻件区以及锻件热影响区的显微组织基本一致,均为回火马氏体,但激光沉积区的枝晶元素偏析仍然存在;增加1200 ℃均匀化处理后,激光沉积区的元素偏析基本消除,复合制造AerMet100钢试样的显微组织变得非常均匀,室温拉伸性能最优,且与锻件区试样相当,拉伸试样断在了激光沉积区一侧,微观断裂机制为韧性断裂。     

激光熔敷后钒与钴基自熔性合金层组织及硬度的关系

通过光学显微镜、扫描电子显微镜和硬度测试等手段,研究了激光熔敷条件下铬钼钢表面熔敷层组织及硬度与钒含量的关系。研究表明:激光熔敷层不同位置的显微组织不相同,表层附近区域为均匀的等轴晶组织,心部为树枝状组织,而结合区域附近呈现出带状组织。加入少量钒元素后,激光熔敷层组织的组成相主要是共晶和碳化物。随着钒含量增加,熔敷层晶粒尺寸逐渐减小,熔敷层维氏硬度值逐渐提高。     

激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织与性能

以纯Ti,Al,Mo元素粉末为原料,采用激光多层沉积技术制备Ti-6Al-3Mo合金,研究了激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织特征及硬度分布.首先针对合金沉积层的凝固组织展开研究,分析激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织的形态特征及形成规律,并结合多元合金凝固柱状晶/等轴晶转变模型分析其形成机理.结果表明,激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织由外延生长的粗大柱状晶组成,仅在沉积试样的最顶部,形成一层薄薄的细小等轴晶;其次研究了β晶内α相的形成和分布.结果表明,原始β晶内的微观组织主要由大量的α束域,初生魏氏α板条以及板条间β相组成.在组织研究的基础上,对沉积层不同区域的硬度分布进行测试,为激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的进一步深入研究及应用奠定科学基础.     

激光熔覆钴基合金的凝固组织特征及性能研究

利用电子显微技术和力学性能测试,研究了Q235低碳钢基体上激光熔覆Co基合金的凝固组织及其形成过程,讨论了熔覆层合金成分和显微硬度变化规律。结果表明,基体和熔覆层之间形成了良好的冶金结合。熔覆区的组织不均匀,。随着距交界面距离的增加,由胞状晶和逆热流方向外延生长的粗大树枝晶变为较细小的树枝晶,最终过渡到表层的细小树枝晶和等轴晶,熔覆层断口以沿晶断裂为主,激光熔覆对合金成分的稀释作用小。     

激光熔覆NJ-4镍基合金涂层显微硬度的探究

目的探究晶体尺寸、组织结构和过冷度对NJ-4镍基合金涂层显微硬度的影响规律,找出一定组织结构和晶体尺寸下的最佳显微硬度。方法采用正交实验对基体进行激光熔覆,然后分析组织结构、晶体尺寸和过冷度对合金涂层硬度的影响。结果不同组织结构的NJ-4镍基合金涂层显微硬度有很大差异。从熔覆层的上表面到下表面依次为树枝晶、等轴晶、胞状枝晶、等轴晶、树枝晶、板条状马氏体。晶体结构依次变化时,显微硬度先增大、后减小、再增大,在熔覆层上部的等轴晶处的显微硬度最大。此外显微硬度还受到晶体尺寸和过冷度的影响。激光为熔池凝固提供特殊的冷却环境,抑制了凝固过程中杂质的析出,降低了缺陷的产生概率,提高了熔覆层硬度。激光熔覆层产生的板条状马氏体镶嵌在基体和熔覆层之间,提高了冶金结合强度,测量发现熔覆层的显微硬度是基体的2.5倍以上。结论熔覆层的显微硬度最终由组织结构、晶体尺寸和过冷度决定。     

超声冲击细化FGH95镍基高温合金激光熔覆层组织

采用超声冲击工艺对FGH95镍基高温合金激光熔覆层进行处理. 利用金相显微镜分析超声冲击前后激光熔覆层微观组织的变化特征,采用图像分析软件Image-Pro Plus测量晶粒尺寸,并对超声冲击处理前后熔覆层截面的显微维氏硬度进行了对比分析. 结果表明, 超声冲击处理后熔覆层发生塑性变形,并沿深度方向晶粒具有不同程度的细化. 强塑性变形区内位错塞积现象显著,熔覆层组织形成细化的小晶块;次塑性变形区深度范围为0.1~0.25 mm,其微观组织中存在大量细化的树状枝晶;微塑性变形区内等轴晶细化至5.4 μm,细化深度达0.7 mm. 超声冲击处理后熔覆层显微维氏硬度显著增大,表面显微维氏硬度值最大为594.25 HV,相比未经冲击熔覆层提高1.3倍.     

S31000不锈钢表面激光熔覆Stellite12合金层的组织和性能

针对高温阀门密封副易发生擦伤、碰伤等问题,采用激光熔覆技术在S31000不锈钢密封副基体表面制备了Stellite12合金层。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、显微硬度计及均匀腐蚀全浸试验,研究了熔覆层微观组织、显微硬度和均匀腐蚀性能。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,微观组织主要由平面晶、柱状晶和等轴晶的枝晶结构组成。熔覆层显微硬度较高,平均显微硬度为600.68 HV0.3;基体的显微硬度最低,平均显微硬度为204.57 HV0.3。相比于S31000不锈钢的腐蚀速率,表面激光熔覆Stellite12合金后,腐蚀速率显著降低。同时,S31000不锈钢表现出尺寸不均的腐蚀坑现象,Stellite12合金层表现出较均匀的腐蚀行为,但在晶界处的腐蚀现象比晶内更为明显。     

K418合金表面激光再制造Inconel718高温合金涂层性能研究

针对K418高温合金叶轮高温、高转数工况下形变超差大,再制造成形层力学性能降低的领域研究热点,基于波形可调制脉冲激光优化工艺,再制造Inconel718高温合金成形层。采用金相显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计对该合金涂层的显微组织形貌、相结构、界面成分分布、基本力学性能进行研究。结果表明:涂层与基体间为致密的冶金结合,涂层中部为粗大的树枝晶,与激光扫描方面成30o^45o角,由涂层中部到顶部及底部,分别退化为等轴晶和胞状晶;成形层显微硬度为4100~4400 MPa,略高于基体;晶内及晶间析出少量Laves相,减少了对成形层硬脆性的影响;摩擦磨损系数较基体略有降低,但仍符合再制造要求。     

1420铝锂合金双光点激光焊接头组织性能

在2mm厚1420铝锂合金双光点激光焊接试验的基础上,研究接头的组织与性能。对比分析单、双光点激光焊接头各区域的组织、显微硬度及室温拉伸力学性能,并观察断口形貌。结果表明:1420铝锂合金双光点激光焊接头组织与单光点激光焊接头组织分布类似,从熔合区至焊缝中心依次是等轴细晶、柱状晶和等轴树枝晶,但较单光点接头细化;双光点激光焊接头各区域硬度低于母材,但高于单光点激光焊接头;双光点激光焊接头焊态抗拉强度较母材下降,但略高于单激光焊接头,可达母材的86%。     

齿轮钢大圆坯的铸态组织及轧制遗传性

基于φ500 mm大圆坯连铸连轧生产22CrMoH汽车桥齿钢的工艺,通过对铸坯低倍组织及高倍金相组织、轧后带状组织系统分析,开展了齿轮钢大圆坯铸态组织及轧制遗传性研究。研究发现,22CrMoH齿轮钢连铸大圆坯近表面细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区的枝晶尺寸存在明显差异;自表面至芯部二次枝晶间距逐渐增加,退火状态下枝晶主干位置以铁素体为主,枝晶间以珠光体为主;轧后带状组织形态主要受铸态组织二次枝晶间距和轧制变形的影响;轧后退火态铁素体带宽自表面至芯部呈现增加趋势。     

304LN不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能

为了提高304LN不锈钢的耐磨性,延长控制棒导向筒组件使用寿命,采用激光熔覆技术在304LN不锈钢表面制备了Stellite 6钴基熔覆层.利用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、腐蚀试验装置等多种试验测试设备,分析了熔覆层组织形貌、成分、显微硬度、摩擦磨损性能及腐蚀行为,确定了多道多层钴基熔覆层的工艺参数.结果表明,熔覆层与基体之间形成了冶金结合,显微组织主要由平面晶区、胞状和柱状晶区、树枝晶区和等轴晶区组成.熔覆层硬度为500 ~ 550 HV,摩擦磨损系数为0.30 ~ 0.35,熔覆层均匀腐蚀速率和缝隙腐蚀速率分别为0.153 和0.143 mg/(dm2·d). 激光熔覆钴基合金可以有效提高304LN不锈钢表面的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能.     

激光表面熔覆制备ODS Ni基高温合金涂层的凝固组织

采用横流CO2激光，在Ni基高温合金表面制备了纳米Al2O3弥散强化(ODS)Ni基合金熔覆层。利用光学显微镜、扫描电镜及EDS附件分析了熔覆层的组织结构。结果表明：界面晶粒的生长方向为垂直于界面的“外延式”生长；加入纳米Al2O3，界面的生长形态发生变化，由细长的柱状树枝晶转变为较短的树枝晶；纳米Al2O3含量增大至1％时整个断面获得等轴枝晶组织；纳米Al2O3作为异质形核的核心，细化了组织。     

Analysis about forming mechanism of equiaxed crystal zone for 1Cr18Ni9Ti stainless steel twin-roll thin strip

Based on a simple macro/micro mathematical model developed in this paper and its predicted results, the forming mechanism of equiaxed crystal zone for 1Cr18Ni9Ti stainless steel twin-roll thin strip is investigated and analyzed. In the developed model, the latent heat is treated with the enthalpy method, the grid and nodes are divided by the assumed streamlines. Moreover, the heterogeneous nucleation and columnar-to-equiaxed transition (CET) models are also introduced, together with the revising of dendrite growth dynamic model of Kurz–Giovanola–Trivedi (KGT). Finally, with the help of solid fraction, the coupling of macro/micro models is realized by using different grid-sizes and time-steps, macro and micro, together with the columnar dendrite front tracing. The predicted results of mathematical models indicate that, regardless of the solidification types (semi-solid, rolling or ideal type) of 1Cr18Ni9Ti stainless steel thin strip, the thin strips include the equiaxed crystal zone. The forming of equiaxed crystal zone is possibly related to the following mechanisms: (1) the sedimentation and accumulation of free crystals floating in molten pool onto the dendrites solidification fronts and the accumulated crystals growth and (2) the suppression of the growth of dendritic solidification front and preferential growth of fine free crystals in unsolidified layer near the strip center by the abrupt decrease in the heat transfer coefficient on the strip surface after leaving the minimum gap between the rolls.