基于主成分分析法与逼近理想解法的38MnVS6激光熔覆工艺研究

采用激光熔覆在燃烧室部件表面制备高性能涂层对延长柴油机寿命有重要意义,多工艺参数的优化是获得高性能熔覆层的关键。以激光功率、扫描速度和送粉速率为优化对象,以熔覆层宽度、稀释率和表面硬度为优化目标,对活塞用38MnVS6中碳钢基体表面激光熔覆镍基合金粉末进行了L₉（3³）正交试验。基于主成分分析法计算各目标权重,并采用马氏距离的逼近理想解法对试验数据进行分析,获得了如下最佳工艺参数组合：激光功率850 W、扫描速度3 mm/s、送粉速率3.13 g/min. 经试验验证,与L₉（3³）正交试验最佳方案相比,稀释率下降了1.13%,平均硬度提高了4.56%. 通过极差分析,得到工艺参数对熔覆层综合质量和熔池尺寸的影响由大到小依次为激光功率、送粉速率、扫描速度。     

基于尺寸预测的激光立体成形30CrNi2MoVA工艺参数研究

30CrNi2MoVA钢广泛应用于兵器装备制造行业,采用该材料进行激光立体成形工艺研究。通过回归正交设计方法,结合同轴电荷耦合元件相机对熔池形貌实时监测,选用指数型回归模型得到了激光立体成形主要工艺参数对30CrNi2MoVA钢单道熔覆尺寸的影响规律,明确了影响熔覆层宽度和高度的显著性因素及相应回归方程。光斑直径、激光功率和扫描速率显著影响熔覆层宽度,熔覆层宽度同光斑直径和激光功率呈正相关而同扫描速率呈负相关;扫描速率和送粉率显著影响熔覆层高度,熔覆层高度同扫描速率呈负相关,同送粉率呈正相关。实验验证结果表明：该成形尺寸预测模型准确。基于熔覆层宽高比预测值确定了在3.5 mm光斑直径下成形30CrNi2MoVA钢的工艺参数选择范围,激光功率应处于1 300~3 000 W之间,送粉率在0.7~2.5 r/min之间,扫描速率在5 ~12 mm/s之间。     

工艺参数对激光熔覆层结构的影响

利用激光熔覆技术在45钢表面熔覆Ni60合金,通过正交试验研究了相关工艺参数对熔覆层结构的影响。结果表明:随电流、离焦量、激光移动间距、送粉量的增大,熔覆层的有效面积先增后降,至最佳工艺为220 A、32 mm、1.80 mm、3g/min达到峰值,分别为9.760、10.553、10.387、11.852 mm2;随电流、离焦量的增大,熔覆层的均匀性由好转差,至220 A、32mm达到最佳,而激光移动间距和送粉量的影响对其不大;经最佳工艺熔覆后的试样,熔覆层与基体之间属冶金结合,熔覆层组织为γ-Ni固溶体基体上均匀分布着铬、铁的碳化物和硼化物等硬质相,基体-热影响区-熔覆区的显微硬度从260.4HV到820.6HV呈梯度分布,熔覆层的有效面积为17.650mm2,波峰、波谷、波宽的标准差分别为0.018、0.015、0.012。     

基于灰色关联分析的35CrMoV钢活塞杆激光熔覆工艺参数优化

为选取优化合理的激光熔覆工艺参数匹配,获得致密性好、耐磨性强的熔覆层,采用激光熔覆技术对基材为35CrMoV钢的已磨损表面进行修复试验。以激光扫描速度、激光熔覆功率、送粉速度为自变量,以正交试验数据为基础,基于灰色系统的理论模型对试验数据进行处理;通过层次分析法计算多目标权重,运用灰色关联理论,分别计算并得到各工艺参数对理想单目标值的关联系数及对多目标值的关联度;将单目标参数优化转换为综合工艺参数优化,获得了优化工艺参数组合：扫描线速度100 mm/s、送粉速度42.8 g/min、激光熔覆功率1.8 kW;通过试验对优化结果进行了检验,结果表明：在最优工艺参数条件下,熔覆层质量得到明显提高,特别是耐磨性相对提高了43%.     

激光工艺参数对NiCoCrAlYSi熔覆层微观组织及性能的影响

采用激光熔覆技术在Ni625高温合金表面制备NiCoCrAlYSi涂层,研究激光功率和扫描速度对NiCoCrAlYSi熔覆层冶金质量及微观组织的影响。通过测试熔覆层显微硬度及摩擦磨损性能,建立激光熔覆工艺参数、微观组织与熔覆层性能之间的关系。结果表明：随着激光输入能量从36 J/mm²升高至73.3 J/mm²,熔覆层厚度从534 μm增加到1 535 μm,表面气孔率从0.07%增大到0.65%,以及平均气孔尺寸从0.23 μm增大到1.33 μm,且熔覆层微观组织发生粗化,熔覆层表面气孔率的增大及组织粗化导致其显微硬度和耐磨性逐渐降低;当激光输入能量比为36 J/mm²时,熔覆层组织致密性最高、晶粒尺寸最细小,且内部分布有大量的位错及位错墙结构,此时熔覆层硬度及耐磨性也最佳。     

镍铬合金激光熔覆层的制备及其表征研究

采用激光熔覆的方法,在45钢表面添加镍包铬复合粉末制得镍铬合金激光熔覆层。结果表明,镍铬合金激光熔覆层主要由Ni、Cr、Fe、C等元素组成,其显微组织是定向凝固的柱状枝晶组织。镍铬合金激光熔覆层熔覆区的平均显微硬度为441.4HV,约为基体45钢显微硬度的1.6倍,熔覆层的磨损量为基体45钢的60%,因此镍铬合金激光熔覆层具有较好的耐磨性能。     

硬脆钢50SiMnVB激光预控裂纹工艺试验研究

为改善传统裂解槽加工效率低、后续加工困难等问题,采用高功率CO₂激光器对硬脆钢50SiMnVB进行激光预控裂纹工艺试验。采用金相显微镜、扫描电镜以及显微硬度测试仪等设备,对激光深熔区的微观组织形貌、裂纹断口形貌以及显微硬度分布进行了测试分析。利用数值模拟软件SYSWELD对50SiMnVB钢激光深熔处理过程的温度场和应力场分布进行模拟分析。结果表明：由于深熔过程受温度梯度和应力梯度的影响,深熔区产生淬硬脆化裂纹;其开裂机理为深熔区底部出现气孔和微裂纹,裂纹再沿中心向上扩展形成宏观裂纹;经工艺试验与模拟仿真对比后得出最优工艺参数范围,即激光功率为3.0 kW,扫描速度范围为1.0~4.5 m/min,所对应的预制裂纹深度范围约为3~7 mm.     

TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层温度场模拟及参数优化

采用ADPL参数化语言,综合考虑热源模型、材料热物性参数、相变潜热、边界条件等因素,建立了连续移动高斯热源作用下TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层三维瞬态温度场数值模型。实验结果测量值与模拟计算值的对比表明,建立的温度场数值模型具有很好的可靠性。同时,在分析涂层品质的基础上,基于该模型对TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层的激光工艺参数进行了预报及优化,得出较优的激光工艺参数为:激光功率1 200 W、光斑直径2 mm、扫描速度400mm/min。     

钨阴极表面激光熔覆Ni60A合金涂层及其抗氧化性能研究

采用同轴送粉激光熔覆技术在钨阴极表面制备Ni60A合金熔覆层。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)及显微硬度计等分析测试手段,分别对熔覆层微观组织形貌、相组成、相分布、微区成分及显微硬度进行测定与分析,同时研究熔覆层的抗高温氧化性能。结果表明:熔覆层组织致密、无裂纹,与基体形成良好的冶金结合;熔覆层组织主要由γ-Ni固溶体,网状Ni-Ni_3B共晶,针状、干状、小颗粒状M_(23)C_6型碳化物,黑色小块状CrB组成;涂层平均硬度为523.8HV0.2,为基材的1.49倍;熔覆层氧化膜的主要成分为Cr_2O_3和SiO_2,其中熔覆层表面氧化膜中还有少量有序金属间化合物Ni_3Si;760℃氧化10 h,熔覆层的平均氧化速率为0.851 8 g/(m~2·h),比基体的抗氧化性能提高15倍,熔覆层具有优良的抗高温氧化性能。     

铜表面激光合金化和激光熔覆制备Ni/NiCrBSi梯度涂层

利用激光表面合金化和宽带激光熔覆工艺在铜基体表面制备出由Cu-Ni合金化层和NiCrBSi熔覆层组成的梯度涂层。用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及显微硬度计,系统分析合金化层与熔覆层的物相构成、显微组织及硬度。结果表明:合金化层与铜基体之间的界面呈"锯齿状",在合金化层近基材底部是一种不规则的层状结构;在合金化层中,Ni、Cu元素发生充分互溶,使合金化层的热导率降低至Cu基体的1/9,有效提升铜表面NiCrBSi熔覆层的成形能力;同时,NiCrBSi熔覆层组织致密,其强化相由γ-Ni、Cr B、M_(23)C_6及Ni_3Si构成,显微硬度明显提高,平均值达到400HV,是铜基体硬度的5倍。从铜基体到NiCrBSi熔覆层,显微硬度呈梯度增加,涂层具有里韧外硬的特征。     

导弹发动机Mo-Cu合金喷管激光快速成型工艺研究

采用机械合金化方法制备了Mo-Cu超细粉末,并利用该粉末进行了选择性激光烧结成型,确定了激光烧结成型的最佳工艺参数为激光功率270W,扫描速度2000mm/min,铺粉厚度0.2mm.并利用该工艺参数快速制备了Mo-Cu合金导弹发动机喷管成型件,经过高温烧结后,其抗拉强度为550MPa,延伸率为7.3%,其综合性能优于利用钼粉制备的钼喷管,可以满足新型号产品的研制需求.     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接特性研究

研究了窄间隙激光填丝焊过程中激光功率、焊接速度、送丝速度、离焦量等对TC4钛合金焊缝成形的影响规律,并进行20 mm厚TC4钛合金板的工艺验证及焊接接头的组织性能分析。结果表明：在圆形摆动的激光束模式下,焊缝熔深主要受激光功率和离焦量的影响,焊接速度和送丝速度对熔深的影响较小;焊缝熔宽、焊接速度和送丝速度的关系紧密,受激光功率和离焦量影响较小;用激光功率为4 kW、焊接速度为0.42 m/min、送丝速度为3.5 m/min、离焦量+15 mm的工艺参数得到的焊缝成形良好,无明显外观缺陷,获得的焊接接头力学性能较优异,热影响区主要由针状α’马氏体+初生α_p相组成;焊缝区由粗大的原始β柱状晶粒和内部网篮状针状α’马氏体组成,焊接接头的平均抗拉强度为940 MPa,拉伸断裂位置为母材区。     

5052铝合金CO2激光- MIG复合焊接工艺对焊缝成形的影响

以10 mm厚的5052铝合金为研究对象,研究CO2激光-MIG复合焊接工艺参数对其焊缝成形的影响规律。结果表明:焊缝熔深及熔宽随电弧电流的增加先增加后减少而后再增加,随激光功率的增加逐渐增加,随焊接速度的增加迅速下降;热源间距对焊缝熔深影响较大,对焊缝外观形貌影响很小。在He气中加入Ar气对改善焊缝表面成形和咬边等有明显的效果,随着加入的Ar气量增大,效果越明显;加入少量的Ar气有利于提高焊缝熔深,过量反而降低焊缝熔深。激光功率低于1 500 W有轻微咬边,在2 500 W有激光"匙孔"现象出现;当焊接电流为130～145 A、激光功率为3.5～4.5 kW、焊接速度为1～2 m/min、离焦量为-1～0 mm、热源间距为2～3 mm、Ar气流量为5～15 L/min、He气流量为10～20 L/min时,得到较好的焊缝形貌及焊缝熔深。     

激光熔覆镍基合金组织及磨损性能研究

利用CO2激光器在45钢基体上熔覆Ni基合金,分析激光熔覆层的微观组织,测试其显微硬度及磨损性能。结果表明,所制得熔覆层组织致密、无裂纹,与基体形成良好的冶金结合。从熔覆层表层到基体热影响区,组织呈现出由细小的树枝晶→胞状晶、树枝晶→平面晶过渡。激光熔覆层磨损量约为基体的1/3,熔覆层耐磨能力增强的主要原因在于熔覆层与基体良好的冶金结合,以及基体与涂层元素固溶强化和碳化物等析出相的强化作用所致。     

50CrV钢激光填丝焊焊缝成形多元非线性回归模型

在焊接50CrV薄板时,焊缝熔深要求控制在2 mm.为获得特定要求的熔深,基于响应面设计方法,采用实验设计软件Design-Expert 8.0对50CrV钢激光填丝焊焊接工艺进行了实验设计。实验过程中,以特定的焊缝熔深(2 mm)、最小化熔宽及余高为响应;以激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量作为控制变量,测量描述焊缝特征的响应数据,并建立其与焊接参数之间相关性的数学模型,通过方差检验确定了所建立的数学模型准确性。模型分析结果表明：激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量4个主因素对焊缝成形有直接的影响;根据优化结果得到最佳焊接条件,激光功率3.17～3.33 kW,焊接速度1.30～1.40 m/min,送丝速度4.0～4.23 m/min,离焦量3.1～4.5 mm,此时可获得满足焊接要求的熔深、熔宽和余高;实验验证了预测结果与实际焊接结果相一致,可用于指导实际生产。     

塑料模具钢表面激光熔覆陶瓷复合涂层的性能研究

为了提高覆层的硬度和耐磨性,在塑料模具钢P20表面预置非晶的纳米Al2O3,TiC,WC等陶瓷硬质颗粒的涂层,采用CO2激光器进行熔覆处理。对激光熔覆陶瓷复合层的显微组织结构进行了分析,并测试了其硬度和耐磨性。结果表明:通过高能量密度的激光处理,基体和熔覆层元素相互扩散与反应,其中的WC,Al2O3,FeSi成为熔覆层中的硬质相,显著提高了材料的硬度和耐磨性。磨损后熔覆层表面主要为细小的划痕,其磨损方式主要为磨粒磨损。     

注塑机螺杆表面激光Cr-Mo-B合金化层制备及工艺研究

为改善螺杆的表面性能,通过激光合金化技术在45钢表面制备Cr-Mo-B三元合金化涂层,优化合金化涂层的成分及工艺,并对最佳工艺下的Cr-Mo-B合金化涂层的组织和性能进行评价。结果表明:激光Cr-Mo-B合金化涂层最佳成分的质量比为3∶7∶90,最佳工艺参数激光功率为3.1 kW,扫描速度为54 m/h,搭接率为33.3%;其合金化区组织为Cr2B、FeB、FeMo、Fe-Cr、CrxFey,形态为柱状晶;最佳工艺下的硬度可达1 020HV0.1,磨损率为1.723×10-14m3/(N·m),磨损体积为0.047 mm3,磨损体积比基体(0.140 mm3)减少0.093 mm3。     

45钢激光硼合金化工艺优化及性能研究

为提高45钢表面硬度,采用CO2激光器在45钢表面进行激光硼合金化处理,通过正交试验方法优化激光硼合金化工艺,研究合金层的组织和性能。结果表明:45钢激光硼合金化的最佳工艺参数为激光功率4 k W,扫描速度8 mm/s,KBF4的质量分数3%;经该工艺处理后的合金化层分为合金层、过渡区;合金层厚度约为860μm,组织为Fe2B及少量α-Fe,表层组织形态呈胞状,次表层呈树枝状,平均硬度为1 350HV0.1;过渡区厚度约为100μm,硬度从1 350HV0.1到230HV0.1呈梯度分布。     

激光熔覆再制造镍基高温合金气门的组织和性能研究

采用激光熔覆技术对磨损失效的Nimonic 80A气门进行修复。利用金相显微镜观察熔覆层组织,用扫描电镜和能谱仪对熔覆层进行组织和成分分析,研究熔覆层硬度的变化,采用渗透探伤检测熔覆层表面缺陷,对合格的再制造气门进行装机考核实验。结果表明:激光熔覆层组织主要由柱状树枝晶和枝晶间的共晶组织组成,熔覆层和基体之间形成冶金结合,熔覆层内部无气孔和微裂纹等缺陷;熔覆层平均硬度较基体提高了37.7%;再制造气门的耐磨性是新气门的1.5倍。     

1Cr12Ni3MoVN激光改性熔覆的组织与耐磨性

为改善1Cr12Ni3MoVN合金耐磨性能,采用Nd:YAG激光在该合金表面进行了激光熔覆试验。分析了熔覆层微观组织,测试了显微硬度及在大气环境下的干滑动摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层和基体实现了良好的冶金结合,熔覆层组织主要为板条马氏体和残余奥氏体,且较基体得到明显的细化;硬度值由熔覆层(平均452 Hv)到基体区(290 Hv左右)逐渐减小,硬度峰值出现在熔合线附近,达487 Hv。熔覆层的耐磨性能得到明显改善,其磨损失重量约为基体的67%。