激光工艺参数对45#钢表面熔覆层组织及硬度的影响

为了研究工艺参数对45#钢表面WC-Co熔覆层组织及性能的影响,采用5kWCO2激光器在45#钢表面激光熔覆WC-Co涂层.利用SEM观察、显微硬度测试手段,研究了激光功率、扫描速度对熔覆层的显微硬度以及组织的影响.结果表明:在其它条件不变时,随着能量密度的增加,熔覆层的显微硬度下降;激光能量密度不同,对流作用不同.激光能量密度越大,熔池中对流作用越强,熔池中合金元素的分布越均匀.这些结果对激光熔覆WC-Co涂层相关领域的研究是很有帮助的.     

氧化锆掺杂激光熔覆涂层成形、结构与增韧机制

本文利用氧化锆陶瓷在不同凝固成形条件下具有相结构变化的特点,将其作为激光熔覆涂层的增韧相.激光熔覆试验结果表明含氧化锆增韧激光熔覆涂层成形关键在于控制熔池熔体的流动性,低的激光线功率密度有助于分层现象的消除:扫描电镜和能谱分析表明氧化锆陶瓷在熔覆层中没有显著的富集,且点状弥散分布较均匀,同时XRD图谱证明激光熔覆层中氧化锆为单斜相结构,达到了利用氧化锆相变消除残余热应力裂纹的目的,从而可以解决激光熔覆裂纹产生的关键问题.     

激光熔覆熔池温度监测与控制系统的研究现状北大核心CSCD

激光熔覆是一种新兴的材料表面技术,近年来得到了快速发展。激光熔覆层的质量受熔覆过程中多种因素的影响,其中熔池温度是一个非常关键的因素,激光熔覆熔池温度的监测与控制系统的研究对提高熔覆层质量具有重大意义。介绍了激光熔覆熔池温度的检测方法,综述了目前激光熔覆熔池温度控制系统的研究现状,并列举了部分温度控制系统。根据目前国内外的发展现状提出了熔池温度监测与控制系统的发展方向。     

电磁搅拌辅助激光熔覆硬质合金的研究

在多元复合硬质合金的激光熔覆过程中,熔池中各组分元素密度不一致及其它物性差别使激光熔覆层出现硬质分布不均匀和粗大是形成覆层中裂纹缺陷的主要原因。针对此,研究设计了一台适用于激光熔覆的电磁搅拌器,并初步开展了电磁搅拌辅助激光熔覆硬质合金的工艺研究。结果表明,电磁搅拌不仅对熔覆层的宏观形貌还是微观组织都有影响,电磁搅拌能细化熔覆层中的WC组织,并使其分布均匀化,同时电磁搅拌能明显细化熔覆层过渡区中的树枝晶组织。     

激光熔覆汽轮机转子表面涂层的显微组织研究

针对激光熔覆再制造汽轮机转子轴颈,采用2 kW半导体激光器进行同轴送粉的激光熔覆Fe基合金试验,并在激光熔覆过程中对加工点附近的温度进行监控。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDS)研究了熔覆层的显微组织形貌、相结构与成分。结果表明,激光熔覆加热集中,检测部位的最高温度未超过70 ℃,整个修复过程平稳。Fe基合金熔覆层组织均匀、致密,与基体冶金结合,没有微观裂纹与气孔等缺陷。熔覆层组织主要为(Fe、Cr、C)合金与CrC两相。熔覆层的组织主要为典型的过饱和固溶体枝晶与枝晶间多元碳化物共晶组成,激光熔覆层与基体熔合过程中产生了元素互渗。     

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。     

激光熔覆技术研究

利用激光在PCrNi1Mo钢上熔覆纯Cr粉末,采用多道搭接激光熔覆技术获得了最佳的激光熔覆工艺参数。实验结果表明,激光熔覆层均匀连续,无宏观气孔和裂纹,激光熔覆层与基体发生了冶金结合。     

铝添加剂对激光熔覆硬质合金涂层质量的影响

采用高功率激光,在高速钢表面熔覆硬质合金涂层的过程中,由于工艺参数、设备性能和熔覆粉末等原因,会引起熔覆层产生各种缺陷或不足。其中,粉末在熔池的流动性,直接影响熔覆层表面形貌;另外,在熔覆过程中氧的存在会直接导致熔覆层表面气孔产生。通过试验分析可知:在熔覆粉末中加入适量的铝添加剂会有效增加粉末在熔池中的流动性,同时,Al和O结合生成Al2O3能有效抑制气孔,并保护熔覆层表面,且不降低硬度。实验显示,当在YG12中加入质量分数为1%的Al粉时,熔覆层硬度较高,且比能量合适。     

激光熔覆K418高温合金温度场的数值模拟

采用ANSYS有限元软件对K418高温合金激光熔覆过程中的温度场进行了计算,得到了激光熔覆层中心温度的变化规律.结果表明,熔覆层中心温度表现出明显的快速熔凝特征,熔覆层中心温度与激光功率成正比,与扫描速度成反比.计算结果为优化K418高温合金激光熔覆工艺参数提供了理论依据.     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层的组织研究

采用CO2 激光在TC4合金表面进行了NiCrBSi TiC混合粉末的激光熔覆试验 ,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对熔覆层的组织进行了分析 ,测试了熔覆层的显微硬度。结果表明 ,在优化工艺参数下可获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层 ,熔覆层由TiC ,γ Ni,M2 3(CB) 6,CrB ,Ni3B等相组成。在激光熔覆过程中TiC颗粒边缘发生了溶解 ,冷却时以细小的枝晶形式析出 ,熔覆层显微硬度的平均值为Hv980。     

激光熔覆Ni/WC涂层温度场及形貌模拟

根据同轴送粉激光熔覆的特点,利用有限元软件ANSYS模拟温度场的动态过程,采用生死单元法求得熔覆层形貌的三维模型,模拟中加入了熔覆粉末的温升、激光的衰减、相变潜热以及温度对材料热物理性能的影响等因素的影响作用,并且对温度场的结果进行了分析和试验验证。结果表明,熔池前方温度梯度比后方大,熔池最高温度在短时间之后会基本保持稳定。在高锰钢表面采用4000 W多模光纤激光器熔覆镍包WC复合粉末,涂层组织主要为细化树枝晶,通过对熔覆层横截面形貌、组织形貌、温度场分布的观察分析,验证了模拟结果的准确性,可作为制备涂层的工艺的理论参考。     

激光快速成形过程中熔池形态的演化

采用高速摄影技术对激光快速成形过程中液态熔池的形成及其演化过程进行了实时观察。结果发现,以一定速度向前运动的激光束辐照基材时,基材表面开始熔化并形成液态熔池,经过一个较短的时间间隔(约1．0 s)后熔池深度增大至一定值,熔池长度则围绕一恒定值波动。以恒定送粉率向熔池中连续送进金属粉末时,熔池的长度和宽度逐渐减小,熔池寿命缩短。同时熔池后沿不断抬高即熔覆层厚度不断增加,最大熔深处熔池自由表面法向和激光束轴线之间的夹角由几度逐渐增大到20°～30°左右。熔池自由表面发生周期性的变化,实验观察到熔池后沿有周期性的“岛状凸起”出现和消失现象。数值计算结果证实这主要是熔池中熔体在表面张力梯度下引起的强制对流作用的结果。     

汽轮机汽蚀叶片的激光宽带熔覆修复

利用激光宽带熔覆技术对表面汽蚀的汽轮机叶片进行修复。采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得耐磨涂层。实验所用设备为TRUMPF-6000 CO2激光器,利用积分镜对激光束进行整形获得宽带激光束,借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)和能谱仪(EDS)对激光熔覆层进行组织结构及成分分析。研究结果表明,激光熔覆层硬度可达HRC45-50,高于其基底材料2Cr13的硬度(HRC35-40)。熔覆层的组织结构受到熔覆工艺参数的影响很大,采用最优化工艺参数形成的熔覆层结构均匀,与母材冶金结合良好,且无气孔或裂纹缺陷。     

一种通过改变激光功率密度分布控制熔覆层裂纹的方法

为了降低激光熔覆过程中熔覆层热应力从而减少裂纹的生成,提出了一种通过改变激光功率密度分布来控制熔覆层裂纹的方法,并用数值模拟的方法对均布及凸字形光斑熔覆过程进行了热力耦合有限元分析。结果表明,用均布光斑熔覆呈现出激光加工典型的快速加热、快速冷却特征,而采用凸字形光斑可在一定程度上起到预热、缓冷的效果,从而降低了熔覆区与非熔覆区的温度梯度,另外,在熔覆效果相当的前提下,其熔覆层热应力也较小,因而可以有效地减小熔覆层的开裂趋势。     

基于环形光光内送粉激光熔覆温度场的数值模拟

针对"光束中空,光内送粉"的激光熔覆工艺方法,利用Ansys软件的参数化设计语言(APDL)建立了环形激光光斑连续移动加载的激光熔覆模型。通过计算该模型,可以掌握环形激光光内送粉激光熔覆过程中温度场的分布规律。计算结果表明,采用环形激光束加载时,熔池的最高温度区域的形状呈现出"马鞍形"。在基体纵切面上,熔池的高温区域分布呈不对称的"W"形,且高温区域主要分布在光斑中心往后;在基体横截面上,熔池的高温区域分布呈对称的"W"形,熔池中心温度低,两侧温度高,通过基体横断面等温线的分布能够判断熔覆层与基体的结合情况。位于扫描路径中心位置的点在激光束扫过其过程中会经历迅速升温、降温、升温、再迅速降温的急冷急热过程,且第二次升温高于第一次的温度值;位于光斑内外环之间的点在激光束扫过其过程中只有一次升温降温的过程,温度分布较均匀。     

激光熔覆Ni基合金温度场的数值分析

为了分析预置粉末Ni基合金熔覆过程的温度场和熔池的结晶变化规律,采用有限元方法建立了激光熔覆Ni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和凝固结晶过程进行了分析及验证。结果表明,最高温度位于光斑中心处,等温线近似椭圆形,并且向外逐渐减小;熔覆层上某点热循环峰值温度随着热源的远离而明显降低,且热循环起始由第1道次的室温增大到最后道次的730℃;形状因子有结合界面处的1.9109℃smm-2降到熔覆层表面处的0.7109℃smm-2,同时,二次枝晶的间距在结合面处最大,表面处达到最小值,与相同工艺参量下的金相组织和凝固结晶理论完全吻合。该研究结果为激光熔覆过程的优化提供了指导意义。     

激光熔覆WC/Ni基硬质合金组织结构及耐磨性能研究

为了激光熔覆制造高速线材硬质合金辊环,在Cr12基体上制备WC-Ni基超硬复合材料.用TRUMPF 6000 CO2激光设备,采用同步送粉的方式,进行超硬复合材料的激光熔覆制备,获得与基体冶金结合且无气孔和裂纹等缺陷的熔覆层.使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相表征.由研究结果可知,激光熔覆层组织主要是γ-Ni、WC、wzC、Ni3B、CrB2等物相组成.激光熔覆WC-Ni基硬质合金为粉末冶金制备的硬质合金磨损性能的0.769倍.从与对磨偶件GCr15圆环的摩擦系数来看,激光熔覆试样的摩擦系数与高质量粉末冶金硬质合金数值相当.     

激光熔覆熔池表面温度场分布的检测

采用电荷耦合器件(CCD)高温检测技术,检测了送粉同步式和预置式两种不同工艺下Ni基合金激光熔覆熔池,得到了其在不同功率下的熔池形貌、尺寸和温度场分布.结果表明,当激光功率低于1100 W时,合金粉末熔化不均匀,熔池形貌不规则;当激光功率达到1300 W时,熔池形貌近似椭圆形分布,比较规则平滑,x,y方向尺寸分别为2.8 mm,2.7 mm,平均温度为1800 K,其形貌和尺寸趋于稳定;当激光功率继续增加时,熔池形貌基本不变,但平均温度增加,由于高温热传导熔化,熔池尺寸会有少量增加.     

稳恒磁场设计及电流强度对激光熔覆Fe55涂层微结构的影响

利用自行设计的稳恒磁场装置以辅助激光熔覆工艺,通过调节电流强度获得相应的稳恒磁场作用于激光熔池,在45钢基材表面制备了Fe55合金涂层。借助扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等表征手段分析了稳恒磁场作用下Fe55合金涂层的微观形貌、化学组成和物相结构。结果表明,Fe55合金涂层主要由-（Fe,Cr）和（Fe,Ni）固溶体、（Cr,Fe）23C6碳化物及少量Cr9.1Si0.9组成。与未施加磁场相比,稳恒磁场作用下的激光熔覆Fe55涂层,枝晶间Cr元素含量更高,枝晶内Fe元素含量也有所增加。稳恒磁场在一定程度上促进了激光熔池中的传质过程,有助于Fe,Cr元素扩散和（Fe,Cr）固溶体的形成。当电流强度为4.0 A时,外加磁场大大降低了熔池内固-液界面前沿的温度梯度,增加了液态金属熔池的形核率,涂层中大量柱状枝晶和树枝晶转变为方向各异的等轴晶,涂层组织得到了明显优化。     

激光熔覆工艺参数对Fe W B熔覆层质量的影响

采用激光熔覆技术在65Mn钢表面熔覆FeW B三元硼化物熔覆层。通过单道熔覆与单层多道熔覆实验,探究激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率对熔覆层质量的影响,获得优化激光工艺参数组合。并通过光学显微镜、X射线衍射仪和维氏硬度计对熔覆层进行分析。结果表明:工艺参数对熔池高度与熔池宽度的影响程度由小到大排列为:送粉速率、扫描速度、激光功率,对维氏硬度的影响程度由小到大排列为:扫描速度、送粉速率、激光功率。获得的最优工艺参数组合为:激光功率800W,扫描速度3mm/s,送粉速率4 g/min,搭接率50。此时熔覆层的维氏硬度均值为7579 HV,是基材的35倍。熔覆层与基材冶金结合良好,其微观组织由枝状晶、胞状晶和柱状晶组成。