激光加工技术在汽轮机叶片制造中的应用

选择不同的激光加工技术,如激光合金化、激光修复和激光固溶技术,实现了2Cr13和17-4PH两种常见叶片的强化与修复。对强化和修复前后汽轮机叶片的显微结构、硬度、残余应力、耐磨性、抗腐蚀、抗气蚀性能进行了测试分析。证明激光加工技术在汽轮机叶片的强化和修复方面具有良好的应用前景。     

304不锈钢激光冲击处理后的残余应力产生机理

利用激光冲击波对304不锈钢表面进行了强化处理,用电子扫描电镜观察了激光强化处理后表面显微组织结构的变化,并测定了其显微硬度和残余应力,分析了激光冲击处理后显微硬度和残余应力的分布规律,并对残余应力产生的微观机理进行了讨论.实验结果表明:激光表面强化处理后,冲击区微观结构中产生了微塑性变形,显微硬度从基材的220 HV提高到冲击区的310 HV;用X射线分析仪测得冲击区残余压应力为-200 MPa以上,有利于提高其疲劳寿命;在激光冲击波作用下,材料表面发生的塑性变形不能完全恢复,是残余压应力产生的主要因素.     

激光冲击处理不锈钢及镍基合金后表面力学性能的研究

利用激光冲击强化技术分别对奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti和镍基高温合金 GH30进行了表面强化处理 ,观察了激光表面强化处理后 1Cr18Ni9Ti和 GH30显微组织与结构的变化 ,测定了1Cr18Ni9Ti和 GH30的显微硬度和残余应力 .结果表明 ,激光表面强化处理后的 1Cr18Ni9Ti和GH30冲击区微观结构中出现很高的位错密度和大量的孪晶 ,冲击区的显微硬度得到较大提高 ,冲击区表面获得了较高的残余压应力 . 1Cr18Ni9Ti冲击区还发生了形变诱发马氏体相变 .     

2Cr13不锈钢粉末激光直接堆积成形的组织与性能研究

为说明激光直接金属堆积(DMD)成形件的组织与性能特点,进行了2Cr13不锈钢粉末的直接成形实验研究.检测了不同工艺参数组合下单道熔覆、多道搭接和多层堆积的显微组织形貌,测试了2Cr13零件的硬度、耐磨损、拉伸和残余应力等性能.研究表明,单道熔覆的典型组织有柱状、胞状枝晶和等轴晶三种,其相互转化由温度梯度和凝同速率所决定;由于粉末实时供给,搭接区与预置熔覆有很大不同;多层堆积枝晶生长表现出一定倾斜性,受扫描方式影响较大;不同工艺参数下,熔覆层平均硬度为300～550 HV0.2;当组织为细化的树枝晶时,成形件耐磨损件能可比涮质态2Cr13提高一倍以上;成形件的平均抗拉强度比调质态2Cr13提高30%;直薄壁墙零件不同位置处残余应力不同,但残余应力水平较低.     

无保护层激光冲击对K24镍基合金力学性能的影响

激光冲击强化是一种有效提高材料疲劳强度的表面处理技术。针对K24镍基高温合金模拟叶片特点,文中提出采用无保护层激光冲击强化进行表面处理。同时采用X射线衍射、显微硬度计表征了不同参数冲击下材料截面残余应力和显微硬度变化规律,并利用高周振动疲劳试验验证其强化效果。结果表明:无保护层激光冲击强化处理后在材料表层形成一定数值的残余压应力,冲击1、3、5次后表面残余应力分别为-428、-595、-675 MPa,影响深度分别约为110、150、160 m;显微硬度冲击一次后提升了29.2%,影响深度约为60 m。采用不等应力冲击后K24镍基合金模拟叶片疲劳强度由原始试件的282 MPa提高到327 MPa,提高了16%。     

激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响

为研究激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响,对K4030合金片进行了激光冲击强化,并对强化后的试样进行了表面粗糙度、残余应力、微观组织和显微硬度测试,对叶片进行了复合疲劳试验。测试结果表明,冲击强化前后试样的表面粗糙度没有明显变化;试样在距离材料表面1 mm的深度内产生大于450 MPa的残余压应力;试样冲击强化区内晶界处的晶粒得到了细化;试样在距离表面0.8 mm深度内的显微硬度得到了提高,且表面的显微硬度提高了16%。疲劳试验结果表明,激光冲击强化可显著提高K4030合金叶片的复合疲劳安全寿命。     

激光冲击强化对激光焊接件气蚀行为的影响

采用高能激光束对厚板激光焊接件进行激光冲击强化(LSP)处理,并利用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、高精度电子天平和扫描电镜(SEM)观察分析手段研究了激光冲击强化对激光焊接件抗气蚀性能的影响。试验结果表明,增加激光冲击强化脉冲能量气蚀后,激光焊接件马氏体强度相对提高、马氏体剥落得到抑制,表面和横截面硬度增加,累积质量损失和表面气蚀破坏面积减小。随着激光能量的增加,马氏体晶粒细化,气蚀后表面起伏组织变浅、变疏,表面裂纹萌生扩展得到减缓抑制,因此激光焊接件抗气蚀性能增强。另外,激光焊接件焊缝区的抗气蚀性能优于热影响区(HAZ)的抗气蚀性能。     

17-4PH不锈钢的激光表面固溶工艺研究

在圆形光斑和矩形光斑下,采用7kWCO2激光器,对17-4PH不锈钢做了激光固溶的工艺实验研究.采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪分别检测了激光处理后强化层的显微组织、显微硬度,结果表明,激光固溶层存在高密度的马氏体组织,圆光斑下的固溶层平均显微硬度为360HV0.2,矩形光斑下的为400HV0.2.气蚀实验中,圆光斑激光固溶时效后的试样气蚀累计损失量为基体的0.8倍,矩形光斑下的为0.6倍.最后讨论并分析了影响固溶强化效果的四个主要因素,激光功率、扫描速度、光束质量以及光斑几何形状.     

激光冲击强化处理40Cr钢的实验研究

利用Nd∶YAG激光器 ,对 4 0Cr钢进行了激光冲击强化处理。激光冲击强化参数 :激光波长 1 0 6 μm ,脉冲时间为 2 3ns,功率为 16～ 2 0J,功率密度为 2 0GW /cm2 左右 ,光斑直径为 7mm。选用K9玻璃为约束层 ,外形尺寸为 19mm× 4mm ;86 1墨漆为吸光涂层 ,厚度为 0 0 2 5mm。利用HVS 10 0 0显微硬度计和X 35 0残余应力测试仪 ,对 4 0Cr钢激光冲击强化区的显微硬度和残余应力进行了测试 ,结果表明 ,4 0Cr钢经激光冲击强化后 ,强化区表面硬度提高了 30 % ,冲击强化区中心最大残余应力达 - 4 5 0MPa。此外 ,利用H 80 0透射电镜对激光冲击强化区的显微组织进行了观察和分析 ,在强化区显微组织内发现了相变马氏体、初生马氏体和高位错密度     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

6061铝合金表面激光合金化Al-Fe-Mn-Zn-Si合金涂层的组织与性能研究

采用激光合金化工艺在6061铝合金表面制备Al-Fe-Mn-Zn-Si合金化层,以期望提高铝合金表面性能。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子显微硬度计、HSR-2M磨损试验机等材料表征手段分析了合金化层的组织结构与性能,研究结果表明:合金化层的晶相组织由结合区附近的柱状晶向表面的等轴晶过渡,且晶粒大小较基体明显细化,含有金属间化合物AlFe4Si、Al9Si、Mn5Si2以及面心立方的α-Al;激光合金化使铝合金表面硬度由104HV左右提高到了390HV左右;磨损试验结果表明,合金化层提高了铝合金表面的耐磨性。     

激光表面合金化制备TiC颗粒增强复合材料微观结构及磨擦学性能研究

To strengthen the wear resistance of AISI321 stainless steel, the TiC carbide-reinforced composite coating was produced by laser surface alloying. The microstructure, microhardness, and wear resistance of the composite coatings were investigated using optical microscopy, X-ray diffraction (XRD) meter, scanning electron microscopy (SEM), microhardness tester, and sliding wear tester. The results show that the composite coating is metallurgically bonded to the substrate and the microstructure is fine and uniform. The hardness of the composite coating is up to 400 HV, which is 2.5 times that of the substrate. Under room temperature and oil lubrication condition, the sliding wear tests indicate the friction coefficient and weight loss of the composite coating are smaller than those of substrate. The worn surface of the composite coatings is much smoother than that of the substrate, without grooves and crater. The wear resistance of the material has been greatly improved by laser surface alloying.     

La_2O_3对激光熔覆镍基纳米Al_2O_3复合涂层组织和性能的影响

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备了不同La2O3含量的镍基纳米Al2O3复合涂层。通过扫描电镜观察分析了熔覆层的微观组织结构,并对熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能进行了测试。试验结果表明,加入1.5wt%稀土La2O3时,熔覆层组织显著细化,由细小的等轴树枝晶和共晶组织组成,熔覆涂层的显微硬度在651.4HV0.2至732.4HV0.2之间,耐磨性能显著提高。     

激光表面处理1.6%C超高碳钢的组织与性能

为了研究激光处理后超高碳钢表面组织及性能的变化,采用2kW连续横流CO2激光器对超高碳钢(C的质量分数为0.016)进行了激光处理,采用扫描电镜观察组织和显微硬度计测量深度方向显微硬度值的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了沿深度方向的组织照片和硬度分布曲线。结果表明,激光处理层分为熔凝层、过热层和相变硬化层。熔凝层可观察到胞状树枝晶和离异共晶;相变硬化层组织细小,显微硬度(高达750HV～905HV)高于其它层,是典型的激光淬火组织。随激光功率增大(1000W～1200W),熔凝层中胞状树枝晶和离异共晶增多并细化,马氏体数量减少,各层的宽度、深度均增大,显微硬度降低。这一结果对细化超高碳钢组织和改善其性能是有帮助的。     

激光熔覆原位合成TiC-TiB2增强钴基复合涂层的研究

为了提高零件表面强度和耐磨性,以TiO2,Al,B4C和KF-Co50合金粉末为原料,利用激光熔覆技术,采用预置粉末法,在Q235钢基体表面原位合成了TiC-TiB2增强Co基复合涂层。使用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对熔覆层的组织和物相进行了分析,并对熔覆层的显微硬度及耐磨性能进行了测试。结果表明,熔覆层与基材呈现良好的冶金结合,组织致密,无裂纹、气孔等缺陷;熔覆层的主要组成相有γ-Co,TiC,TiB2,Cr23C6等;熔覆层平均显微硬度达770HV0.2,耐磨性能优异。这一结果对提高零件使用寿命具有积极意义。     

Cr12MoV模具钢激光熔覆Fe基合金的组织与性能分析

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能,以Cr12MoV作为基体材料,利用2 kW半导体激光器,以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相;用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度,用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响,确定了最优化工艺参数。实验结果表明,使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为:激光功率为1.2 kW,扫描速度为720 mm/s,送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下,熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷,且显微硬度和耐磨性能得到显著提高,最高硬度达921 HV0.2,熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%,明显高于基体的硬度和耐磨性,这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。     

3Cr13不锈钢计数器棘轮的激光淬火研究

利用2KW横流CO_2激光器对3Cr13计数器棘轮进行了激光淬火研究,结合零件的原始加工次序,比较了两种次序激光淬火投弹器棘轮的工艺,结果表明:经两种方法激光处理后棘轮的显微硬度均达到了该零件技术指标的要求,显微硬度为HV412∽550。激光处理3Cr13不锈钢硬化层的深度为1.0mm,表面最高硬度HV680,比普通淬火高约HV160。激光处理后齿面的光洁度不变,达(Ra0.4∽0.3μm),激光淬火的变形为2.5μm左右。激光淬火区的显微组织为细小均匀的隐晶马氏体。     

激光冲击304不锈钢微观组织和性能研究

采用激光冲击强化改善304不锈钢耐磨性能。利用电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度和球磨实验分析了激光冲击前后试样的微观组织和性能,探讨了激光冲击对其磨损性能的影响机理。结果表明,激光冲击304不锈钢后,其比磨损率下降,显微硬度从200 HV提高到260 HV。这是由于激光冲击强化304不锈钢使得材料表层晶粒碎化和大量亚结构形成,同时诱发马氏体相变的共同作用下,提高了304不锈钢的显微硬度,改善了其耐磨性能。     

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。