激光强化铸铁活塞环的磨损性能

为降低活塞环、缸套摩擦副的磨损和改善配副性,采用激光熔覆和电镀技术在球墨铸铁表面分别制备原位析出颗粒增强金属基复合材料表层和镀铬层。分别以激光熔覆和镀铬强化的球墨铸铁为上试样,灰铸铁为下试样,模拟活塞环和缸套的工作环境,进行SRV快速磨损实验。实验结果表明:镀铬活塞环和灰铸铁缸套配副,摩擦系数在0.117 0~0.133 2范围内变化,且随摩擦时间的延长,摩擦系数逐渐增加,其磨损机制为粘着磨损;在相同的工艺条件下,激光熔覆强化的活塞环与灰铸铁配副,摩擦系数在0.067~0.085范围内变化,随摩擦时间的延长逐渐降低,其磨损机制为微切削。     

激光熔覆加工头聚焦性能及成形工艺研究进展

激光熔覆作为一种十分有前途的制造技术,已在工业中广泛用于部件修复、表面改性以及增材制造等领域。在激光熔覆系统中,激光熔覆加工头是其关键核心部件,可以在基材表面实现激光束、熔覆材料和熔池之间的精准耦合并形成连续熔覆层。激光熔覆加工头内置有光学镜组,主要用于激光束的传输、变换和聚焦,可以根据不同的加工需求对光束进行处理。主要从分析激光熔覆加工头聚焦性能对熔覆成形工艺影响的角度出发,综述了加工头的设计及其成形工艺的发展,具体包括光斑尺寸、光斑形状、光斑能量分布、激光功率、光源特性等对材料沉积速度、材料利用效率、熔覆层质量等的影响。首先按照激光熔覆的材料类型和材料与激光束的耦合形式,对激光熔覆光料耦合方式及加工头进行了简要概述,并对成形工艺造成的影响进行了总结。其次分别讨论了连续高斯光束和平顶光束以及脉冲激光的聚焦性能对熔覆层的影响,同时概述了3种不同形状光斑（圆形、矩形、环形）的能量分布特性和光斑尺寸对成形工艺的影响;接着研究了激光能量密度对熔覆层质量的影响;基于超高速激光熔覆技术分析提出透镜长焦深聚焦特性能够大幅提升激光熔覆的加工效率。最后展望了激光熔覆加工头聚焦性能在成形工艺上的发展趋势...     

消除2A12激光熔覆气孔缺陷工艺

对两组2A12铝合金试样模拟腐蚀损伤表面激光熔覆A1-Y(6%Y)合金,一组只做激光熔覆,另外一组每一层熔覆后进行力学冲击.时效后进行疲劳试验、疲劳断口分析及成分测试.结果表明,力学冲击试样熔覆层内基本没有气孔缺陷,熔覆层和基体结合得非常紧密,安全寿命达到了不冲击试样安全寿命的871%.只熔覆不冲击试样熔覆层内有大量的气孔存在,从而大大降低了其安全寿命.相当一部分2A12基材参与了冶金过程,熔覆层Y元素烧损较多.     

耐磨熔敷D057金属组织和显微硬度研究

选用D057(EDPCrMoV-Al-15)堆焊焊条,采用焊条电弧焊在Q345B钢基体上以不同的焊接电流进行了堆焊试验.多层堆焊后,对熔覆金属进行回火热处理,并分析回火后堆焊熔覆金属的显微组织.两种焊接电流所得堆焊层的显微组织无明显差别,所得堆焊熔覆金属的组织:第一道为回火索氏体;第二道为回火索氏体+白色残余奥氏体枝晶组织;第三道为回火索氏体+马氏体+白色残余奥氏体枝晶组织,其中马氏体由残余奥氏体分解所得.堆焊熔覆金属回火后的显微硬度约为600 HV.     

聚焦光束表面强化技术

本文介绍了国际上90年代韧新兴的氙灯辐射聚焦光束表面强化技术。阐述了聚焦光束的光谱特性,聚焦光束加热的能量与工艺特点,及聚焦光束表面强化层的组织与性能。论述了我国聚焦光束表面强化技术的发展方向与应用前景。     

高速动车组EA4T车轴激光增材修复研究

为验证激光增材修复技术在高速动车组车轴损伤修复应用中的可行性,在车轴基材上开展了激光修复工艺试验,重点研究激光功率和扫描速度对熔覆质量的影响,通过分析研究不同激光功率、扫描速度下所得试样的宏观熔覆形貌、宏观金相分析、显微硬度、金相组织等,筛选出较优的工艺参数,并进一步对熔覆试样的拉伸性能、冲击性能、应力腐蚀及疲劳试验等多项力学性能检测。结果表明,采用优化后的工艺参数在EA4T上激光熔覆IN625镍基粉末,其熔覆试样拉伸性能优于母材标准要求,冲击性能优于基材的冲击性能,疲劳寿命与基材相当,达到了车轴服役性能的要求,可用于后续高速动车组EA4T车轴上的修复。     

镍基熔覆层表面超声冲击处理组织及耐蚀性研究

目的 提升激光熔覆Ni基涂层表面组织及耐蚀性能。方法 采用激光熔覆技术制备成形好、无裂纹的Ni基涂层，随后进行超声冲击处理。采用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPMA）及电化学设备等，研究熔覆层和冲击硬化层的组织及耐蚀性能，分析Ni基熔覆层的冲击强化机制。结果 激光熔覆Ni基涂层主要由γ-(Fe,Ni)固溶体和晶界碳化物组成，组织形貌由底及表为胞状树枝晶和细小的树枝晶。熔覆层内晶界的Cr元素含量高于晶内，且上部枝晶内的Cr元素含量高于底部和中部。超声冲击处理未改变熔覆层内的物相组成，但在表面形成厚度约5 μm的细晶层，冲击硬化层内晶界的碳化物被破碎成细小的碳化物并弥散分布于晶内，起到细晶强化和弥散强化的作用。超声冲击后，表面粗糙度由0.52 μm降至0.29 μm，硬度提升50%以上。电化学测试表明，冲击硬化层的平均自腐蚀电位上升37.21 mV，平均自腐蚀电流密度下降57.9%，腐蚀表面均匀平整，大量细小的碳化物弥散分布。结论 超声冲击处理细化了Ni基熔覆层的表层组织，且表面的耐蚀性能明显提高。     

我国堆焊技术的发展及其在基础工业中的应用现状

简要回顾堆焊技术在我国的发展历程，重点综述堆焊技术在我国轧辊，阀门，发动机关键部件等基础工业典型零部件修复强化中的应用现状，指出了堆焊熔覆效率从单弧电弧堆焊的11kg/h发展到多带极电弧堆焊的70kg/h，稀释率从电弧堆焊的30％－60％降低到等离子弧，激光，聚焦光束堆焊的5％左右；我国在堆焊基础理论的一些方向上取得了与国际水平相近的成果，但与国际先进水平相比，仍存在着“焊条多焊丝少，熔炼焊剂多烧结焊剂少，实心焊丝多药芯焊丝少”以及“改装设备多专用设备少，机械化设备多智能化设备少”等差距。并指出堆焊方法与智能控制技术和精密磨削技术相结合的近净形技术是堆焊技术从技艺走向科学的重要标志。     

超高锰钢锤头的复合堆焊修复研究

在分析超高锰钢锤头的破坏行为和磨损机理后，采用“母材 中间过渡层 耐磨层”的复合堆焊工艺进行了超高锰钢锤头的堆焊修复试验，并分析了不同焊条堆焊的过渡层和焊接热影响区的组织结构。应用新研制的GMl焊条堆焊过渡层成功地堆焊修复了超高锰钢锤头。工业应用结果表明，这种复合堆焊修复的超高锰钢锤头具有极好的抗磨损性能，使锤头的使用寿命提高了2．5—3倍。     

结晶器铜板激光熔覆表面强化技术研究及与电镀强化技术的比较

采用同步送粉激光熔覆技术分别将Ni基和Co基合金粉末熔覆在结晶器铜板表面,制备出组织均匀无缺陷且与基体结合良好的熔覆层.研究表明:Ni基熔覆层平均显微硬度为672.3HV0.5,Co基熔覆层平均显微硬度为604 HV0.5,分别约为目前广泛使用的Ni基电镀层的2.6倍和2.4倍,是铜基体的6.5倍和6.2倍.虽然目前结晶器铜板表面强化主要采用电镀技术,但电镀层在较高的工作温度下会出现软化现象.热冲击更会使镀层组织变粗,镀层硬度下降更加显著,并伴有间隙和气孔等缺陷,但对激光熔覆层性能的影响却很小.因此,激光熔覆技术是结晶器铜板表面强化的一种有效方法,可替代电镀工艺.     

钢表面光束熔敷镍基耐磨合金技术

采用自行研制的光束加热设备和辅助工装,实现了在４５＾＃钢表面熔敷镍基＋ＷＣ耐磨合金涂层工艺过程。熔敷敷层的微观组织与硬度分析表明,涂层与基材产生了良好的冶金结合,熔敷层的宏观及显微硬度较基材均有提高,预示着光束熔敷的镍基合金涂层的有较好的耐磨性能。     

激光熔覆在高速列车上的应用研究现状

高速列车轮轨、制动盘、车轴是易发生磨损的部件，采用激光熔覆技术能有效改善磨损或对损伤部件进行修复。综述了激光熔覆应用于高速列车轮轨、制动盘、车轴的研究现状。归纳了现有研究中各部件所采用的熔覆材料。总结了不同部件所关注的性能，针对不同部件的特性，分析了其对激光熔覆层性能的需求和应采用的熔覆层性能测试方法。对于列车轮轨，旨在通过激光熔覆涂层提高其接触面抗磨损和抗滚动接触疲劳性能；对于制动盘，旨在通过涂层减小其摩擦磨损和热疲劳；对于车轴可采用激光熔覆技术对已损伤的部位进行修复，并应重点关注车轴修复后的疲劳性能。此外，提出了激光熔覆实际应用于高速列车部件上现存的几个关键问题，包括：激光熔覆热影响区组织对部件服役性能的影响；激光熔覆残余应力的影响；激光熔覆低效率和高稀释率的问题；激光熔覆组件热损伤问题。目前的研究主要集中于激光熔覆材料的选择和性能评价，而从组织演变、残余应力及服役性能三者综合考虑的轨道交通理论基础有待构建。     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

基于特征划分熔覆轨迹的干涉检测及修正

目的激光再制造技术在实际加工过程中会遇到多种复杂曲面的零件,合理的激光路径规划是获得高性能涂层的关键因素。方法将当前光束向量平移一定距离,平面空间被分割成正域和负域,利用特征属性判断当前点的归属关系,快速排除肯定不与零件发生干涉的激光束。转入精确检测,计算干涉因子λ,确定矢量h,将曲面划分成规则的微元对象block,分析光束与block的交点信息,完成干涉检测的精确搜索。在保证熔覆层质量理想的条件下,计算相应干涉量θ,以当前点为焦点,切线方向为固定轴旋转角度θ,调整光束姿态至安全区域。结果编写C程序算法,对实际零件三维建模并进行轨迹仿真。预期点集共47883个,其中失效点7341个,计算相应干涉量在10°范围内。完成所有干涉光束的有效修正,生成优化后的机器人路径程序。结论再制造前处理阶段,该算法通过仿真实验模拟对象间的碰撞检测,及时消除激光加工中存在的安全隐患,形成合理的熔覆轨迹,提高加工效率,节约生产成本。     

Preparation of Plasma Cladding Gradient Wear-Resistant Layer and Study on Its Impact Fatigue Properties

Plasma cladding technology is used to prepare plasma cladding gradient wear-resistant specimens, and the performance of these specimens is analyzed and compared with those of single cladding specimens. The results indicate that plasma cladding gradient wear-resistant layers implement the gradient changes in microstructure and hardness from the surface of the outer cladding layer to the fusion line and that the outer and inner cladding layers are well combined, the inner cladding layer can improve rapid decreases in hardness of single wear-resistant samples from the cladding layer to the matrix, changes in hardness from the outer to inner cladding layer are buffered, and the inner cladding layer performs important functions in the transition between the outer cladding layer and substrate. The highest hardness of the outer layer, which reaches 735 HV_0.1, is approximately 3.9 times that of the matrix. The impact fatigue resistance performance of the plasma gradient cladding specimens is superior to that of single cladding specimens, and fatigue cracks begin to form only after 1 × 10⁵ cyclical impacts.     

曲面光斑面积变化模型及其对熔覆质量的影响

目的 建立一种计算曲面工件激光光斑面积变化的数学模型,研究光斑面积在多大范围内变化对熔覆质量的影响最小。方法 采用高斯曲率的倒数作为曲率球的半径,利用曲率球代替NURBS曲面微小单元,通过圆柱体与球体相贯的数学分析方法求取截交面积,进而推导出NURBS曲面光斑面积的数学模型,采用CATIA软件作对比,进行验证。结果 该数学模型得出的结果与CATIA计算的结果相对误差不超过0.2%,满足工程应用。对模型中影响光斑面积大小的三个因素（离焦量、光束姿态、曲率）进行分析表明,影响光斑面积大小的最主要因素是光束姿态。在此基础上,以Q235为母材,KF310粉末为熔覆材料,调整光束姿态分别以0?、10?、20?、30?、40?为入射角进行激光熔覆,测试和分析得出,在0?、10?、20?时,单道熔覆层宽度随空间夹角及光斑面积的增大而增大,熔覆高度随光斑面积增大而减小,熔覆层与基体之间存在亮白色界面,这是凝固初期界面处生长出的平面晶,说明形成了冶金结合。而30?、40?时的单道熔覆层宽度变化不明显,在熔覆道边缘出现粘粉现象,冶合质量不高。结论 光斑面积变化在增加8%的范围内可以保证激光熔覆沉积层的质量,通过该算法的应用可以满足激光再制造快速响应的要求。     

Inconel 718合金电子束熔覆稀释率的数值仿真与实验

基于Ansys软件仿真电子束熔覆过程中的温度场分布规律，估测熔覆层截面熔化深度、熔化宽度值，进而通过仿真估测熔覆层稀释率值的大小，随后进行电子束熔覆实验并计算稀释率的实际值，对比模拟值与实际值的情况，确认通过仿真可得出电子束熔覆的稀释率值。测试熔覆后试样的显微硬度和典型试样的耐磨性能，结果表明稀释率值小的试样，熔覆层的质量更优异。     

MATLAB在激光涂层零件可靠性建模中的应用

制备了自熔合金粉末激光熔覆涂层试件,在多次撞击疲劳试验机上进行了可靠性试验。借助MATLAB对样本数据进行分析,建立了激光涂层零件的多冲可靠性模型。分析得出激光涂层零件在多冲载荷下疲劳寿命服从对数正态分布,并拟合P-S—N曲线,建立了多冲应力与疲劳寿命以及可靠度之间的关系。在理论分析的基础上设计了可靠性建模界面,为进一步的可靠性分析提供基础。     

多冲接触载荷下激光涂层零件失效的可靠性分析

制备了钴基、镍基和铁基三种自熔合金粉末激光熔覆涂层试件，在多次冲击疲劳试验机上进行了可靠性试验，获得了相应的P-S-N曲线；考察了不同涂层材料对试件多冲接触疲劳强度和可靠性寿命的影响。一般说来，有较高静机械强度的涂层也有较高的多冲接触疲劳强度。三种涂层相比,镍基涂层的抗多冲性能最好，钴基次之，铁基较差。