激光熔覆过程温度场的数值模拟

为描述预置粉Nd:YAG激光熔覆过程中温度场的变化规律,建立了三维预置粉激光熔覆物理模型,通过自行编程,利用三维表格施加高斯激光热流密度载荷,实现载荷的空间分布与时间移动,在ANSYS软件中模拟计算了预置粉Nd:YAG激光熔覆过程温度场.模拟结果表明光斑中心处温度最高,为2.8×10 3℃,并以光斑为中心逐层降低,等温线近似椭圆形,椭圆中心位于光斑后方.光斑点的升温变化率、降温变化率、热梯度分别为7×10 3℃/s、5×10 3℃/s、2×10 6W/(m2·s).这些结果数据为激光熔覆工艺参数的优化提供了理论依据.     

H13/Ni/WC混合粉末梯度熔覆层的激光熔覆制备及耐磨性研究

为了对H13模具钢进行更好的强化和修复,在H13钢基体上采用激光熔覆制备了 H13/Ni/WC混合粉末双层梯度熔覆层,在两层熔覆层的初始粉末中,Ni/WC混合粉末的质量分数分别为15％和30％.测试并比较了基体与熔覆层的显微硬度、高温硬度、热疲劳性能和耐磨损性能,探讨了熔覆层的磨损机理.熔覆层横截面的显微硬度从基体到熔...     

基于温度场模拟的激光熔覆生物陶瓷涂层工艺参数选择

根据激光熔覆生物陶瓷涂层的特点,选择二维带状热源模型,研究计算了材料物理性能在不同温度下的变化曲线,并建立温度场模型。将实验制备的涂层从涂层外观、显微硬度、涂层与基体的结合强度、涂层物相等方面对比模拟结果与实验结果,从而论证模型的可靠性。根据模拟结果可得:激光功率与扫描速度均会影响熔池深度,且激光功率的影响大于扫描速度;根据模拟的变化趋势分析,选择的激光熔覆的工艺参数为功率P=1700 W,扫描速度V=165 mm/min。模拟预测了不同涂层厚度、工艺参数条件下的熔池深度。     

激光熔覆Ni/WC复合涂层的组织和性能

采用激光熔覆方法在A3钢基体上制备Ni/WC复合涂层 ,研究了不同激光功率下复合涂层中WC颗粒的形貌与分布及其对涂层耐磨性能的影响。结果表明 ,在Ni/WC复合涂层中 ,合理的激光功率使WC颗粒部分熔化 ,并在颗粒周围重新凝固并析出针状碳化物 ,这既有利于提高涂层的硬度又能使未熔化的WC颗粒与涂层基体合金牢固结合。     

激光熔覆Ni基WC/Cr_3C_2涂层显微组织和耐蚀性研究

利用大功率CO2激光器在45钢表面激光熔覆制备Ni基WC/Cr3C2涂层。使用电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和M352电化学测试系统对熔覆层成分、物相组成、显微组织和耐蚀性进行研究。结果表明,Ni基WC/Cr3C2熔覆层表面光亮无裂纹,润湿性和脱渣性良好。熔覆层主要由Cr2Ni3、γ-(Fe,Ni)、Ni17W3、Fe0.64Ni0.36、WC、Cr7C3和CrSi2等物相组成。熔覆层底部为发达的树枝晶,树枝晶和枝晶间都含有大量的Fe元素;中部为γ-(Fe,Ni)基体上分布着大量长条状碳化物Cr7C3以及少量零散分布的菊花状硅化物CrSi2等强化相;顶部组织与中部相似,但晶粒更加细小致密。Ni基WC/Cr3C2熔覆层自腐蚀电位为-395.9 mV,自腐蚀电流密度为2.75μA/cm2,耐蚀性较Ni基WC涂层明显提高。     

铁路车辆车钩再制造激光表面熔覆温度场有限元分析

激光表面熔覆作为一种再制造技术手段被应用于零件表面的修复和强化.针对以激光表面熔覆为主要工艺的铁路货车易磨损零部件车钩的再制造,以有限元方法模拟熔覆过程中熔覆区和基体的温度场.在研究激光表面熔覆数值模拟的热源模型、相变潜热以及网格划分等相关技术的基础上,模拟分析激光束与圆柱内孔表面不同夹角时,预置式激光熔覆和同步送粉式激光熔覆温度场变化,进行对比.模拟结果符合激光表面熔覆的基本规律,可应用于车钩再制造过程中的激光表面熔覆工艺的预估与设计.     

激光表面重熔、熔覆温度场的研究评述

介绍了激光重熔、熔覆温度场的研究现状,叙述了较为典型的二维、三维稳态和非稳态传热模型,简要分析了各模型中考虑的因素,以及从该模型出发所得到的结果与实际情况的比较.根据已有研究所得到的结论,简要讨论了影响模型建立的几个主要因素:1) 热源特征;2) 表面吸收系数;3) 熔池中流体的流动;4) 相变潜热;5) 激光工艺参数,熔池表面形貌等对模型建立的影响.全文通过对以上问题的讨论,为激光与材料相互作用的强瞬态物理过程研究,零件表面裂纹等缺陷激光修复工艺措施的制定提供了理论指导.(PE8)     

钛合金表面激光熔覆Ti C复合涂层的设计

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点, 但其硬度低、耐磨性能差, 限制了它在航空工程摩擦构件和生物医学工程上的应用。研究自行设计了3种预涂粉层的成分, 采用HL-5000型横流CO2激光加工机在TC4钛合金表面相应地制备了TiC+Ti、 TiC+Ti+ F102和TiC+ F102 3种熔覆层。通过SEM, EDAX, XRD, HXD-1000TMC型显微硬度计, HT-600型高温摩擦磨损试验机, 分析了熔覆层的显微组织、成分、物相, 测试了激光熔覆层的显微硬度和滑动摩擦磨损性能。结果表明: (TiC+Ti+ F102)和(TiC+ F102)熔覆层有可能用于航空结构材料;而(TiC+Ti)熔覆层有希望用于生物医学功能材料, 但仍需作进一步的研究。     

7050铝合金表面Al/Ti激光熔覆工艺实验及温度场模拟分析

在7050铝合金表面激光熔覆Al/Ti复合粉体,通过3因素3水平正交试验得知当激光功率为1.5 k W,扫描速度为150 mm/min,离焦量为50 mm时熔覆层质量最优。模拟计算得到正交试验工艺参数下的光斑中心最高温度值,并利用极差分析得到:正交试验因素对中心点最高温度值影响程度从大到小的顺序是扫描速度V,激光功率P和离焦量S。通过对9组试样熔池尺寸及不同位置点温度随时间变化趋势分析可以得到,试样前端结合较差是由于熔覆过程中基体熔池深度较小,不足以使基体与熔覆材料很好地结合;而后端都出现的不同程度的变形和烧蚀,是末端温度急剧积累引起的。通过分析Al/Ti熔覆层的金相组织可知,熔覆层组织以胞状树枝晶为主,且分布均匀细密。     

激光熔覆Co基合金温度场的数值模拟

为了分析Co合金熔覆的温度场,采用有限元法建立了低碳钢表面上激光熔覆预置钴基合金粉末过程的3维模型,考虑温度变化对热物理参量的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件对激光熔覆过程中的温度场进行了分析,并进行了验证。结果表明,激光熔覆过程中的温度场变化是由非稳态到稳态的过程,光斑附近等温面较为密集,远离光斑处等温面较稀疏;在其它工艺参量不变的情况下,扫描速率为5mm/s时熔覆过程的稀释率为8.26%,可以获得良好的冶金结合;利用SYSWELD软件的校核功能,获得了扫描速率为3mm/s和4mm/s时熔覆过程中较为合适的功率分别为1.6kW和1.87kW。研究结果对工艺参量的优化和控制熔覆层稀释率提供了借鉴和指导作用。     

Mn13Cr2表面激光熔覆Ni60A/WC涂层研究

采用同轴送粉法,通过YLS-4000多模光纤激光器以不同功率在高锰钢表面激光熔覆Ni/WC陶瓷复合涂层,通过光学显微镜、显微硬度计,对涂层的组织形貌、显微硬度进行了分析研究,做了室温干摩擦磨损试验并分析研究了涂层的耐磨性能。结果表明,Ni/WC层组织沿深度方向依次出现细小的胞状晶、树枝晶、柱状树枝晶和薄的平面晶,在1600 W、1900 W、2200 W的激光功率下对应的Ni/WC层的平均显微硬度分别为980.7 HV0.1、901.0 HV0.1、809.4 HV0.1,分别为基材平均显微硬度的2.8、2.5、2.3倍。在相同摩擦磨损试验条件下,基体的磨损量是激光功率为1600 W条件下的熔覆层的10.4倍,在激光功率为1600 W时,通过激光熔覆获得了组织致密均匀、硬度高和具有良好耐磨性的涂层。     

送粉激光熔覆WC陶瓷层的高温组织与性能

实验研究了Co基自熔合金、Ni基自熔合金+WC、Co基自熔合金+WC激光熔覆层在不同温度下的显微组织和各种化合物的硬度,结果表明三种材料在相同激光熔覆工艺参数下获得的熔覆层的高温显微组织、性能存在很大的差异,Ni基自熔合金+WC在700℃时硬度开始显著降低且显微组织发生很大变化,而Co基自熔合金和Co基自熔合金+WC在700℃时才开始发生变化且变化幅度较小。同时证明WC在加热过程中硬度没有显著降低。实验结果对获得具有抗高温粘着磨损的激光熔覆层有重要的理论和实际意义。     

温度场模拟激光熔覆TC11钛合金工艺参数的选择

以通过激光熔覆修复钛合金薄壁件并在钛合金表面获得优质激光熔覆涂层为目标,运用ANSYS软件对同步送粉式激光熔覆的温度场进行了三维建模数值模拟。基于该模型对激光熔覆过程中的温度场分布和工艺参数进行了分析。结果表明,激光扫描方向前方的表面温度场相比后方熔池温度小,等温线密集,温度梯度大,熔覆两道后熔覆道1没有重熔,并且对熔覆道2产生预热作用。激光加工的快速加热和冷却的特性显著,冷却时的冷却速度可达104℃/s,在其他工艺参数不变的情况下,理论上在激光功率P=1100 W,扫描速度v=4 mm/s,光斑直径d=1 mm 时模拟过程可获得良好的冶金结合,为修复薄壁零件提供了借鉴和指导作用。     

WC/Ni60激光熔覆复合涂层的强碱腐蚀磨损行为

利用激光熔覆制备WC增强涂层,通过光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和EDS对试样观察和分析,并依据颗粒相分布均匀性,获得推荐优化工艺参数是送粉量为7.8g/min、扫描速度为4mm/s、激光功率为2.0kW和离焦量为50mm。在此基础上,应用M-200摩擦磨损试验机考察了WC/Ni60涂层在40% NaOH强碱溶液作用下的摩擦磨损行为,结果表明,涂层的摩擦磨损机制随工况的变化而变化,钝化膜的生成和溶解成为一个动态过程,且所制备的涂层在中速中载时较干摩擦能够显著降低摩擦因数和磨损量。     

激光熔覆成形中熔池表面温度场的检测与研究

针对激光熔覆成形中熔池表面温度场难以测量的问题,搭建了彩色CCD同轴测温系统。通过优化实验参数,该测温平台可获得清晰、稳定的熔池表面图像,对所拍图像进行处理和计算,可以得到熔池表面的温度场。为了验证得到的温度场是否准确,搭建了红外测温系统,通过对熔池表面不同区域进行测温,得到了与CCD测量结果基本吻合的熔池表面温度分布。两种不同的测温方式得到一致的温度场,说明此测温平台是实用、可靠的,为通过实时检测熔池表面温度进而控制熔覆成形系统打下基础。     

激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场

用有限元法对激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场和残余热应力场进行了模拟计算,并对烧结过程试样中的温度分布进行了实时测量.结果表明:激光照射面(Al2O3层)和背光面(Ti层)的温度落差为325℃.陶瓷侧温度梯度大于金属侧,成分梯度指数p值愈大,陶瓷侧温度梯度愈大.试样内残余热应力分布受p值控制,依据残余热应力最小且陶瓷层为压应力的设计准则,确定了激光烧结Al2O3/Ti系FGM的最佳成分梯度指数p=0.5.     

激光熔覆制备Stellite6涂层的组织与性能

基于激光熔覆同轴送粉技术,在2Cr13不锈钢表面制备了Stellite6合金涂层,研究了工艺参数对涂层宏观形貌的影响,分析了涂层的显微组织和显微硬度。研究结果表明:在激光功率为2.5 kW,扫描速度为5 mm/s,送粉速率为13.2 g/min,搭接率为38 %时,可获得平整无缺陷的Stellite6涂层。熔覆层可分为一次熔化区、道间重熔区和层间重熔区。熔覆层的组织主要由胞状晶和树枝晶构成;相比于一次熔化区,道间重熔区和层间重熔区的组织较为粗大。通过合理调整道间停留时间和层间停留时间,可使熔覆层周期性循环组织中的一次熔化区的组织占比从54.9 %提升至73.1 %,从而提升熔覆层的整体硬度。     

CeO2对激光熔覆Ni60合金涂层组织及性能的影响

为了研究稀土元素CeO₂对激光熔覆涂层性能的影响,以45#钢为基体、Ni60和Ni60+CeO₂粉末为熔覆材料,采用激光熔覆多道搭接工艺制备了含不同含量稀土氧化物的熔覆层。通过对熔覆层着色探伤、显微组织观察、显微硬度测定的试验,分析不同含量的稀土氧化物对熔覆层表面裂纹数量、显微组织、硬度的影响规律。结果表明,CeO₂的最佳掺杂质量分数为0.004;适量稀土元素CeO₂的掺杂,可使熔覆涂层裂纹数量减少,熔覆层的显微组织更加均匀而细小;熔覆涂层表面显微硬度远高于基体,维氏硬度是基体的3.6倍,搭接区域硬度值是基体的3倍左右。这表明稀土元素的添加可以抑制裂纹、细化晶粒,并在一定程度上提高熔覆层硬度。     

温度场监控下高功率半导体激光熔敷钴基合金涂层

采用3.5 kW半导体激光器在42CrMo4表面熔覆了钴基合金(Stellite 6)涂层,利用光学显微镜和显微硬度仪表征了涂层的微观组织和硬度分布,研究了监控熔覆过程中的熔池温度场对涂层的微观结构和显微硬度的影响.结果表明:基于熔池温度场拍摄并调整激光器输出功率的熔池大小闭环监控的工艺可实现对钴基合金涂层的稀释率以及结构与性能的调控:当送粉量为22.6 g/min、熔覆速率为1 m/min时,基于熔池温度场监控的工艺调整实现了近零稀释率的钴基合金涂层的熔覆,所需激光功率仅为1.5 kW;涂层与基体形成良好的冶金结合,组织致密,主要由平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶构成,晶粒细小,显微硬度达到HV600.