宽带激光熔覆高硬度火焰喷涂层组织和裂纹行为

对镍基合金火焰喷涂层进行宽带激光熔覆试验,分析熔覆层组织、物相组成和硬度分布规律以及工艺参数对组织、结合强度和硬度的影响。激光熔覆过程骤冷骤热的特点使得熔覆层内存在较高的拉应力,同时,由于激光熔覆镍基合金火焰喷涂层主要由g (Fe, Ni) 固溶体和弥散分布的高硬度脆性碳化物相(Ni, B) 和(Cr, Si) 相组成,熔覆层强度和硬度显著提高而延性降低,在凝固过程残余内应力的作用下极易开裂,熔覆层裂纹为低延性穿晶脆性冷裂纹。基体的预热和熔覆后保温缓冷可有效降低温度梯度,释放残余内应力,当预热温度为300 ℃时,熔覆层裂纹消失。     

45#钢表面激光熔覆梯度涂层的组织及性能

在45#钢表面激光熔覆梯度涂层,其中底层材料分别为Ni60A和Fe基合金粉末,上层材料自熔性镍基碳化钨粉末,使用洛氏硬度计、蔡司高级金相显微镜和显微硬度计对比分析熔覆层的组织及性能。结果表明:当Ni60A粉末作为底层材料时,熔覆层宏观表面相对平整光滑,平均洛氏硬度是基体(HRC:22)的2.5倍,熔覆层厚度均匀且熔池深度基本保持不变,第一道与最后一道熔覆层的高度差仅为0.10mm,当Fe基合金粉末作为底层材料时,高度差0.28mm;熔覆层及界面处无裂纹、气孔等缺陷,沿熔覆层与基体交界处向外晶粒呈现枝状晶到等轴晶,基体与熔覆层间冶金结合比较牢固;熔覆层上层显微硬度分布均匀,约是基体的3倍。激光熔覆梯度涂层材料且上层材料为自熔性镍基碳化钨粉末时,底层材料选择Ni60A粉末,得到的涂层成形质量更佳。     

45钢表面激光熔覆Ni/TiC性能研究

通过采用LWS-500型激光焊接机对45号钢进行激光熔覆处理,熔覆材料选用Ni/TiC合金粉末,通过观察熔覆层的显微组织和测量显微硬度.分析了Ni/TiC的配比对熔覆层金相组织结构及显微硬度的影响.结果表明,采用Ni60+ 20％TiC合金粉末进行激光熔覆,得到的熔覆层品质最佳.     

[机械装备再制造]超声振动辅助激光熔覆3540Fe/CeO2涂层实验及分析

为研究超声振动对激光熔覆的优化作用,在确定了最优工艺参数及粉末配比的基础上,采用超声振动直接施加于熔覆层的方式,进行超声振动辅助激光熔覆制备3540Fe/CeO2高性能熔覆层的实验研究。比较了振动的施加方式及施加角度对熔覆层宏观形貌、微观组织、物相组成及力学性能的影响。实验结果表明：超声振动对激光熔覆层形貌改善明显,当施加角度为45°时,效果最优。超声振动能在不改变相成分的情况下实现组织细化并减少气孔,涂层组织变为由γ（Fe,Ni）、Cr13Ni5Si2、Cr7C3等相组成的等轴晶及细小针状枝晶。加入超声振动后熔覆层平均硬度提高62%,达到了1 148 HV;摩擦因数显著减小,磨损量减少,耐磨性增强。通过对磨痕进行扫描电子显微镜（SEM）观察可以发现超声振动能改善磨损形式,试样磨损形式由粘着磨损为主变为规则的磨料磨损,磨损表面更为光滑。     

铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末的磨损特性

采用激光熔覆技术在铸铁CrMo表面制备了Ni基高温合金熔覆层,采用SEM和晶相仪分析了激光熔覆层的晶相组织。采用回归正交试验方法,研究了基体和熔覆层在不同载荷和速度下的磨损特性。结果表明,熔覆层与基体形成良好的冶金结合,熔覆层组织致密,主要由树枝晶和共晶构成,熔覆层和基体材料的磨损机制为磨粒磨损;铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末可以提高表面的耐磨性能。     

超声振动辅助激光熔覆3540Fe/CeO_2涂层实验及分析

为研究超声振动对激光熔覆的优化作用,在确定了最优工艺参数及粉末配比的基础上,采用超声振动直接施加于熔覆层的方式,进行超声振动辅助激光熔覆制备3540Fe/CeO_2高性能熔覆层的实验研究。比较了振动的施加方式及施加角度对熔覆层宏观形貌、微观组织、物相组成及力学性能的影响。实验结果表明:超声振动对激光熔覆层形貌改善明显,当施加角度为45°时,效果最优。超声振动能在不改变相成分的情况下实现组织细化并减少气孔,涂层组织变为由γ(Fe,Ni)、Cr13Ni5Si2、Cr7C3等相组成的等轴晶及细小针状枝晶。加入超声振动后熔覆层平均硬度提高62%,达到了1 148HV;摩擦因数显著减小,磨损量减少,耐磨性增强。通过对磨痕进行扫描电子显微镜(SEM)观察可以发现超声振动能改善磨损形式,试样磨损形式由粘着磨损为主变为规则的磨料磨损,磨损表面更为光滑。     

Stellite-6+VC混合粉末激光熔覆性能的研究

小功率脉冲激光下飞机叶片的强化是现在急需解决的问题,本试验通过采用光纤传输300 W Nd:YAG脉冲激光熔覆系统,在低碳钢(SM400B)上熔覆Co基合金(Stellite-6)和碳化钒(VC)混合粉末(VC的质量分数变化范围为0~100%),并对熔覆层的性能进行了研究,从而探究小功率脉冲激光下飞机叶片强化的工艺。试验结果表明,随着VC质量分数的增加,熔覆层组织由亚共晶组织转变为过共晶组织。当VC质量分数小于80%时,熔覆层硬度、裂纹敏感性及耐磨性能随VC增加而增加;当VC质量分数大于80%时,由于母材的稀释作用,熔覆层硬度、裂纹敏感性及耐磨性能随VC增加而降低。试验表明,使用Co基合金(Stellite-6)和碳化钒(VC)混合粉末可以形成耐磨性好、硬度高,裂纹敏感性低的熔覆层,对飞机叶片产生较好的强化效果。     

船用柴油机排气阀锥面激光融覆Stellite合金分析

采用激光熔覆表面技术,在6250系列船用四冲程中速柴油机排气阀锥面熔覆Stellite 6钴基合金粉末制备涂层,通过对熔覆层进行试验分析,得出Stellite 6钴基合金涂层的熔覆对船用柴油机排气阀锥面材料的组织结构、抗热腐蚀、耐磨性能等都有很大的提升。     

激光功率对熔覆Ni基涂层性能的影响

为提高45号钢表面硬度和耐磨性,可以在45号钢的表面采用激光熔覆技术熔覆合金涂层提高其表面性能。镍基合金熔覆层硬度高、耐磨、抗腐蚀、抗弯曲、可以在极端环境下具有稳定的性能,但在激光熔覆层中易产生裂纹。为改善45钢表面性能,在相同的扫描速率下采用不同功率在其表面激光熔覆制备了Ni基(Ni60)复合涂层,对不同激光功率熔覆层的性能检测使用金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜。结果表明:随着激光功率的增加,表面粗糙度变大,熔覆层的宽度、高度、基材的熔化深度都有一定程度的增大,裂纹出现趋势减小。在45号钢上熔覆Ni60合金粉末可以提高基材表面显微硬度,熔覆层显微硬度高出基材显微硬度约700HV,激光熔覆技术在一定范围内可以实现对基材的表面硬化。     

激光熔覆镍基碳化钨工艺研究

利用IPG光纤激光器YLR-3000激光加工系统,探究45#钢表面多道激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末最佳工艺参数。首先通过改变单因素变量,得出单道激光熔覆时最佳激光功率、送粉电压和扫描速度,进一步确定离焦量和搭接率的选取,最后进行激光熔覆梯度涂层实验。单道实验中最佳工艺参数为激光功率1200W、送粉电压7V、扫描速度2mm/s,离焦量3mm,表面洛氏硬度(HRC:60)是基体(HRC:22)的3倍;当Ni60A粉末作为底层材料时,平均洛氏硬度是基体(HRC:22)的2.5倍,熔覆层厚度均匀且熔池深度基本保持不变,第一道与最后一道熔覆层的高度差仅为0.10mm,当Fe基合金粉末作为底层材料时,高度差0.28mm;熔覆层组织晶粒的形状在扫描方向上呈现出逐渐增大,熔覆层底层与上层冶金结合很好,其组织晶粒过度连续;熔覆层上层显微硬度分布均匀,约是基体的3倍。激光熔覆梯度涂层材料且上层材料为自熔性镍基碳化钨粉末时,底层材料选择Ni60A粉末,得到的涂层成形质量更佳,最佳工艺参数为激光功率1200W、送粉电压7V、扫描速度2mm/s、离焦量3mm、搭接率25.47%。     

表面熔覆铝合金疲劳性能的影响因素

对铝合金试样表面进行激光熔覆处理，分析激光熔覆层的显微组织，并对熔覆试样和基材试样进行疲劳寿命对比实验。结果表明，表面激光熔覆会显著降低材料的疲劳性能，在99％可靠度的前提下，熔覆试样的安全寿命约为基材试样的27％。其主要影响因素有，熔覆层底部的枝晶、重熔区内的缺陷和熔覆层内的拉应力。     

Process improvement in laser hot wire cladding for martensitic stainless steel based on the Taguchi method

Laser hot wire cladding, with the prominent features of low heat input, high energy efficiency, and high precision, is widely used for remanufacturing metal parts. The cladding process, however, needs to be improved by using a quantitative method. In this work, volumetric defect ratio was proposed as the criterion to describe the integrity of forming quality for cladding layers. Laser deposition experiments with FV520B, one of martensitic stainless steels, were designed by using the Taguchi method. Four process variables, namely, laser power (P), scanning speed (V _s), wire feed rate (V _f), and wire current (I), were optimized based on the analysis of signal-to-noise (S/N) ratio. Metallurgic observation of cladding layer was conducted to compare the forming quality and to validate the analysis method. A stable and continuous process with the optimum parameter combination produced uniform microstructure with minimal defects and cracks, which resulted in a good metallurgical bonding interface.     

无缝线路磨损钢轨激光熔覆自动修复方式的研究

由于列车的高速化和重载化,钢轨磨损问题越来越严重,采用修复质量高、修复速度快的激光熔覆技术可以对其进行在线快速修复。为此,采用三维扫描仪首先对磨损钢轨进行扫描,然后将扫描点云数据进行三维重构、路径规划及数据格式转换,最后利用优化的数据驱动机器手臂和激光熔覆装置对磨损钢轨进行自动修复。修复工艺结果表明,对5 mm的磨耗层进行7层修复,利用修复道与道之间和层与层之间的回火作用,修复层的组织马氏体含量少,硬度为330~360 HV;经过600℃回火处理10 min后,加入钒元素的铁基合金粉末激光熔覆修复后钢轨母材、热影响区、修复层硬度均在300~340 HV,组织为回火索氏体;修复钢轨的耐磨性约为钢轨母材的87%,达到修复目的。     

A study on the influence of laser power on microstructural evolution and tribological functionality of metallic coatings deposited on Ti-6Al-4V alloy

Metallic Ti–Co binary coatings were fabricated on titanium alloy (Ti–6Al–4V) substrate by laser surface cladding technique using a continuous wave RofinSinar 4 kW Nd: YAG laser. The influence of laser power on microstructure, hardness and tribological performance of Ti–Co laser clad coatings on titanium alloy (Ti–6Al–4V) was examined. Laser powers of 750 and 900 W were varied with constant scan speed of 1.2 m/min. A beam size of 3 mm and argon shield gas flow rate of 1.2 L/min were set as the operating laser parameters. Phase identification and morphological studies of the coatings were carried out using X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. Based on the results of laser process optimisation, it was observed that both laser powers produced clad coatings with good metallurgical bond with no cracks or pores in the coatings. With respect to the substrate (Ti–6Al–4V), the microstructure, hardness and friction/wear behaviour of Ti–Co coatings on Ti–6Al–4V substrate were enhanced obviously.     

中镍铬合金铸铁的激光熔覆修复研究

本文是利用转镜扫描技术得到的线光斑对中镍铬合金铸铁窄带激光熔覆,为了减少试验次数,并排除不必要的试验参数,用正交试验法对激光熔覆处理效果的最大影响因素(P、V、B或D)进行试验方案设计.最后对试验结果进行分析比较获得最佳工艺参数.     

镍合金激光直接烧结成形制件显微结构及微观缺陷

利用自行研制的激光直接烧结快速成形系统进行了镍合金激光直接烧结成形试验，获得了具有复杂三维形状的镍合金样件；讨论了激光直接照射下镍合金材料的熔凝过程及微观结构特征。研究表明，烧结过程为不完全液相烧结。金属材料系统中添加铜可有效地抑制球化效应，改善制件内部存在的微观缺陷；制件内部单一层面微观组织呈枝晶和等轴晶两种组织不均匀分布，此两种组织形态沿制件堆积方向交替重复出现。     

交变磁场对高硬熔覆层组织与性能的影响

为改善高硬激光熔覆层的力学性能,在激光熔覆过程中辅助施加类正弦交变磁场,在Q235A表面制备了高硬合金熔覆层。对熔覆试样进行拉伸和冲击性能测试、断口分析、显微组织观察、物相分析、显微硬度测试以及耐磨性对比分析,研究了交变磁场对熔覆层力学性能和微观组织的影响。研究结果表明：在激光熔覆过程中加载强度为50mT、频率为20Hz的交变磁场时,可使试样的拉伸强度提高约9%,延伸率提高约1%,冲击韧性提高约11%,且拉伸断口出现明显韧窝,材料组织更细化、致密;熔覆层显微硬度随着磁感应强度的增大而增大,但随磁场频率的变化极小;当交变频率为25Hz、磁场振幅为60mT时,熔覆试样磨损失重减小15%。     

9SiCr表面激光熔覆合金/20MnSiV磨损性能研究

采用Ni合金和Co合金对9SiCr工具钢表面进行激光熔覆，并将熔覆层与20MnSiV配副在干摩擦和油润滑条件下进行磨损试验。采用扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行分析，发现油润滑条件下二者的耐磨性有很大提高，其磨损形式主要是磨粒磨损。Ni合金熔覆层与20MnSiV配副时磨损相对较小。     

激光熔覆高铬铸铁组织和硬度的研究

针对高铬铸铁铸造组织粗大,强韧性差,容易开裂的问题,进行了高铬铸铁粉末激光熔覆实验,对熔覆层的显微组织和硬度等性能进行了检测与分析,研究了不同扫描速度对熔覆层显微组织和硬度的影响,分析了多道搭接区和多层堆积区熔覆层显微组织的演变规律,揭示了多层堆积横截面的硬度分布规律。研究结果表明:通过激光熔覆可以获得晶粒细化、组织致密、无裂纹与气孔等缺陷、硬度高(可达580 HV0.2)的高铬铸铁熔覆层。将该工艺应用到零件表面强化领域,将大大提高零件的性能和使用寿命。