铁素体不锈钢激光熔覆层组织和性能研究

采用无碳合金粉末和低碳合金粉末对铁素体不锈钢进行激光表面熔覆处理,借助光学显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)、能谱分析仪(Energy dispersive spectrometry,EDS)、X射线衍射仪(X-ray diffractometry,XRD)、显微硬度仪、摩擦磨损试验仪、电化学工作站对熔覆层显微组织、化学成分、硬度、耐磨性和耐蚀性进行评价。结果表明,两种激光熔覆层均无裂纹、气孔等宏观缺陷,显微组织主要由等轴晶、包状晶、树枝晶和枝间共晶组成。无碳熔覆层与低碳熔覆层均含有α-Fe、Fe-Cr合金相、Cr单质相以及Cr_(9.1)Si_(0.9)、Fe_(9.7)Mo_(0.3)、Fe_(10.8)Ni、Fe_(19)Mn等金属间化合物。此外,低碳熔覆层还产生了间隙化合物Cr_7C_3以及马氏体相C_(0.055)Fe_(1.945)。低碳熔覆层硬度为750 HV0.5,显著高于母材硬度250 HV0.5;无碳熔覆层硬度为650 HV0.5,其热影响区发生软化。激光熔覆层相对于母材具有更为稳定的摩擦特性以及优异的耐磨性和耐蚀性,其中低碳熔覆层耐磨性和耐蚀性均优于无碳熔覆层。     

脉冲频率对激光熔覆层微观组织与性能的影响

激光熔覆层内粗大的晶粒与硬质析出相会对涂层耐腐蚀性能与耐冲击性能产生不利影响.采用脉冲激光熔覆技术研究了脉冲频率对涂层微观组织及性能的影响.利用扫描电镜形貌表征涂层微观组织,采用高速摄像机与数值仿真方法分析熔池形貌与温度变化;使用显微硬度计、磨损试验机、夏比冲击试验机及电化学腐蚀仪分别对涂层进行硬度、耐磨性、耐冲击性及...     

超高速激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响

超高速激光熔覆技术与传统激光熔覆有所不同,可大幅提高熔覆效率,制备无缺陷的均匀薄涂层.为研究超高速激光熔覆主要工艺参数对熔覆层组织与性能的影响,采用超高速激光熔覆技术,分别以不同激光功率、熔覆速度、熔覆道间距在9Cr2Mo钢基体表面制备M2高速钢涂层,对熔覆层微观组织及力学性能进行表征.结果表明:熔覆层以细小等轴晶为主...     

Ni-Cr-B-Si系合金激光熔覆——激光覆层的组织及性能

较系统的研究了Ni-Cr-B-Si系合金的激光熔覆层的组织及性能,并相应地探讨了合金粉末预沉积方式和熔覆工艺参数的影响。     

纯钛表面FeCoNiCr0.5Al0.8高熵合金脉冲激光熔覆层的显微组织和性能

采用脉冲激光熔覆技术在TA2工业纯钛表面制备了FeCoNiCr_0.5Al_0.8高熵合金熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、物相组成、硬度和高温抗氧化性能。结果表明：熔覆层和基体间形成良好的冶金结合,熔覆层中不存在裂纹、气孔等缺陷,熔合界面较平直;熔覆层表面熔池边界线处为细小等轴晶,中部为树枝晶,熔覆层截面组织为层状分布的细晶;熔覆层由简单面心立方结构Ti₂Ni和AlCTi₂组成;熔覆层的平均硬度为761.23 HV,是基体硬度的4倍以上;熔覆层具备良好的高温抗氧化性能,在800℃氧化120 h后的单位面积质量增加量为17 mg·cm^-2,仅约为基体的1/3。     

激光能量密度及路径对熔覆层成形性的影响

采用同步送粉式激光熔覆在Q345钢基体上熔覆一层Fe-Cr-B合金熔覆层,研究了熔覆层表面的宏观形貌,采用着色探伤剂对熔覆层表面进行了着色探伤,统计了熔覆层表面的裂纹信息,讨论了激光能量密度、激光熔覆路径及熔覆层表面宏观形貌三者之间的关联性,获得了Fe-Cr-B合金粉末激光熔覆的最佳激光熔覆工艺参数.     

外加磁场对等离子熔覆FeCoNiCr0.5B高熵合金涂层组织与性能的影响

为改善FeCoNiCr系高熵合金熔覆层的力学性能,采用磁场辅助等离子熔覆技术,在20钢表面制备FeCoNiCr_0.5B高熵合金涂层。通过扫描电子显微镜、金相显微镜、X射线衍射仪等仪器分析外加磁场对高熵合金涂层微观组织和物相结构的影响,利用维氏硬度计、摩擦磨损试验机测试涂层的显微硬度分布及耐磨性。结果表明：FeCoNiCr_0.5B高熵合金涂层组织均由面心立方(FCC)相和M3B相组成,外加磁场作用不会改变物相种类。在磁场辅助作用下,涂层平均晶粒尺寸由18.64μm减小至15.93μm,熔覆层力学性能得到明显改善。当磁场强度为45 mT时,涂层平均显微硬度达708.84HV,相比无磁场辅助涂层平均硬度提升19.5%;同时,涂层的磨损质量达到最小,为无磁场辅助涂层失重的40.8%,平均摩擦系数由0.64减小至0.42,且涂层的主要磨损形式由黏着磨损转变为磨粒磨损。研究结果既进一步完善了外加磁场辅助等离子熔覆制备高熵合金涂层的相关理论,又为FeCoNiCr_0.5B高熵合金性能提升提供了可行方案。     

退火温度对AlxTixNixCoCrCu0.5FeMo高熵合金涂层组织和性能的影响

在40Cr钢表面激光熔覆Al_xTi_xNi_xCoCrCu_0.5FeMo（x=4,5,6,7,8,9,物质的量比）高熵合金涂层,并进行300～900℃退火处理,研究了退火温度对涂层组织和性能的影响。结果表明：未退火及300℃退火处理的高熵合金涂层均为单一的体心立方（BCC）相结构,500～900℃退火后合金涂层中生成类Al₂Ti₃结构金属间化合物相;当退火温度升高至500℃时,晶内耐腐蚀性变差,且涂层耐腐蚀性随退火温度升高而下降;随着退火温度升高,高熵合金涂层的硬度呈先下降后升高再下降的趋势,700℃退火处理的Al₄Ti₄Ni₄CoCrCu_0.5FeMo合金硬度最大,为1 019 HV。     

铝合金表面激光沉积Al0.8FeCoNiCrCux高熵合金组织与耐蚀性能

为增强5XXX系铝合金表面的耐蚀性能,利用脉冲激光沉积技术制备了Al0.8FeCoNiCrCux高熵合金(HEA)涂层。利用XRD,SEM和电化学工作站分析了Al0.8FeCoNiCrCux高熵合金的相结构、微观组织和耐腐蚀性能。结果表明随着Cu含量增加,合金的相结构由BCC1和BCC2相转变为BCC1,BCC2和FCC相;当=0时,Al0.8FeCoNiCrCux涂层沿晶间出现裂纹,x=0.25时,涂层裂纹消失,并且在晶间出现了浅色组织,随着x增加,浅色组织由点状分布转变为连续生长;Al0.8FeCoNiCrCux(x=0.25,0.5,0.75,1.0)高熵合金涂层耐蚀性随Cu增加而降低,Al0.8FeCoNiCrCu0.25的腐蚀电流密为7.94×10^-8 A/cm^2,仅为基材的0.17%,腐蚀形式为点蚀,当x增加至1时,腐蚀电流密度增至8.21×10^-7 A/cm^2,为基材的1.99%,腐蚀形式转变为晶间腐蚀,但仍优于基材。显然,当0.25≤x≤1时,采用Al0.8FeCoNiCrCux涂层可显著改善铝合金的耐腐蚀性能。同时,其具有的高熵效应可抑制涂层中由基材的稀释行为引起的金属间化合物形成,解决了传统涂层材料应用在铝合金表面易产生裂纹的问题。     

喷射成形工艺对高速钢组织和性能的影响

研究了喷射成形工艺对高合金化高速钢组织和性能的影响,结果表明:喷射成形工艺制备T15高速钢沉积坯件,坯件经过热加工后,致密度都达到99%以上,无宏观偏析,碳化物呈现均匀弥散分布在晶界和晶内,主要有M6C和MC两种碳化物相,经过热处理后,合金的抗弯强度平均达到4673MPa。在1250℃淬火后,最高硬度可达67.6HRC。     

Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE镁合金的显微组织和力学性能

以锑元素取代Mg-4%Al-2%RE(AE42)镁合金中的部分稀土元素,制备了Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE合金(x<2%),用SEM、XRD、万能拉伸试验机等分析了合金显微组织和力学性能随稀土元素含量x的变化.结果表明:铸态AE42镁合金的显微组织主要由α-Mg基体、针状及少量的颗粒状Al11RE3相组成;加入0.8%的锑元素后,随着合金中稀土元素含量的减少,基体中针状Al11RE3相的数量逐渐变少且形态逐渐变短、变细,同时基体中出现了弥散分布的小颗粒状RE2Sb和大颗粒状RESb化合物相和少量的骨骼状β-Mg17Al12相,且RESb相逐渐增多、变大;随着合金中稀土元素含量的增加,合金的力学性能逐渐提高,当稀土元素含量达到1.3%时,合金的力学性能基本达到AE42钱合金的水平.     

VC析出相对Fe-Mn-Si-Al相变诱导塑性钢微观组织演变及力学性能的影响

Fe-Mn-Si-Al相变诱导塑性钢因具有较低屈服强度和良好低周疲劳性能,有潜力替代现有抗震用低屈服点钢制造钢阻尼器。对试验用钢进行准静态拉伸和低周疲劳试验,并借助多种组织表征方法研究试验用钢变形前后的微观组织演变,揭示VC析出相及奥氏体晶粒尺寸对其力学性能的影响规律及作用机理。结果表明:奥氏体晶粒粗化可以促进ε马氏体生成交叉状多变体,从而在准静态拉伸过程中,提高试验用钢断后伸长率;而在低周疲劳变形过程中,交叉状多变体削弱ε马氏体相变可逆性,使其疲劳寿命降低。VC析出相有助于提高试验用钢的屈服强度和抗拉强度,但其对ε马氏体生长具有抑制作用,使断后伸长率降低。在低周疲劳变形过程中,VC析出相钉扎ε马氏体/奥氏体两相界面,抑制ε马氏体逆相变,从而使试验用钢的循环加工硬化程度显著提高,低周疲劳寿命降低。     

喷射成形高速钢的组织和性能

研究了喷射成形工艺对高合金化高速钢组织和性能,结果表明:喷射成形工艺制备了直径300mm高合金化高速钢沉积坯,表面质量良好,可以满足直接锻造要求。喷射成形高速钢组织无宏观偏析,碳化物呈现均匀弥散分布在晶界和晶内,主要有M6C和MC两种碳化物相,氧含量只有约20ppm左右。经过热处理后,喷射成形T15合金的抗弯强度平均达到4800MPa。硬度随着淬火温度的提高逐渐升高,喷射成形T15M合金在1250℃淬火后,硬度达到了69.3HRC。     

钙对ZA85镁合金显微组织和力学性能的影响

研究了钙的加入对ZA85镁合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:当ZA85镁合金中钙质量分数为0.3%～0.9%时,钙元素均固溶于基体中,合金中无含钙相生成;随钙含量增加,力学性能提高,当钙质量分数为0.6%时,铸态合金的显微硬度和室温抗拉强度达到最大值117.5 HV和164 MPa,150℃时的抗拉强度为149.5 MPa;经300℃×24 h均匀化处理后,其150℃时的抗拉强度提高到159.2 MPa;室温拉伸断口主要由解理面组成,呈脆性断裂;高温断口解理面减少,韧窝增大,呈韧性断裂.     

主要稀土元素对镁合金组织和性能的影响

介绍了几种常用镁合金,并说明了稀土元素加入到这些镁合金中,对其组织和性能的影响。讨论了Ce、Y、Nd、Sc等主要稀土元素在镁合金中细化晶粒、提高镁合金力学性能的机理。对稀土镁合金的应用和发展进行了评价和展望。     

原位内生TiC对激光-电弧复合焊接高强钢接头组织和性能的影响

以高强钢为试验材料,采用CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas arc welding,MAG)复合焊接方法,研究原位内生Ti C对高强钢焊接接头组织和性能的影响。研究结果表明:原位内生Ti C颗粒能够细化焊缝组织,对高强钢焊接接头的综合性能有很大的提高,其中wCNT∶wTi=15%的焊缝上部中心区主要由树枝晶组成,二次枝晶平均宽度为8.4?m。焊缝下部主要由大量的等轴晶组成。而未加粉焊缝上部中心区主要由大量柱状晶组成,柱状晶平均宽度为13.25?m焊缝下部主要由大量细小柱状晶组成。通过断口分析知,wCNT∶wTi=15%焊缝处的断口处产生大量细小韧窝,焊接接头主要是韧性断裂,而未加粉的焊接接头主要是脆性+韧性断裂。通过力学性能测试知,原位内生Ti C对高强钢激光-电弧复合焊接接头的冲击吸收能量、弯曲能量度及硬度都有明显提高,但是对抗拉强度影响不大。     

微量钛、硼对AM50镁合金组织和性能的影响

对在AM50镁合金中添加不同微量钛、硼元素后的微观组织和力学性能的变化规律进行了研究。结果表明：微量钛、硼的加入能够细化AM50合金的晶粒,改善第二相的形貌,使第二相变得细小,分布更加均匀;微量钛、硼在含量分别为0．002%和0．0010%附近时合金室温力学性能明显提高;过多添加钛、硼并不能明显提高AM50合金的力学性能。     

喷射成形S390高速钢的组织和性能

研究了喷射成形S390高速钢组织和性能,结果表明:喷射成形S390高速钢沉积坯具有低的氧含量,仅为18ppm,组织无宏观偏析,主要有M6C和MC两种碳化物相,碳化物呈均匀弥散分布在晶界和晶内。经过热处理后,喷射成形S390合金的抗弯强度可达4044MPa,合金硬度随淬火温度呈上升趋势,在1250℃淬火后,硬度达到了HRC69.3。