20钢电弧熔覆制造成形与性能研究

低碳钢在装备制造中应用广泛,但其零部件易损坏,以20钢为研究对象,采用电弧熔覆修复技术,对其废旧零部件再制造技术进行研究。采用ER49-1低碳钢焊丝,在20钢基板上进行TIG焊电弧熔覆修复试验。通过光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和拉伸试验机分析熔覆层微观结构及其性能。试验结果表明,电弧熔覆修复试样件焊缝出现细针状铁素体和细针状枝晶形态的珠光体,堆焊层顶端微观组织呈细小树枝晶状。堆覆层平均硬度为208 HV,抗拉强度为418 MPa,屈服强度为395 MPa,伸长率为16%,其力学性能优于母材,可实现20钢零部件的堆覆修复,满足零件修复与表面强化的要求。     

矿用链轮激光增材再制造修复

目的 借助激光增材再制造技术,对矿用链轮磨损域修复工艺进行研究,以提升磨损链轮的力学性能,降低维修成本.方法 分别使用扫描仪及Imageware软件对链轮毛坯点云数据进行获取和处理,通过磨损域反求重构方法对磨损链窝进行几何建模,对得到的模型进行分层、路径规划及轨迹代码处理.通过工艺性试验对熔覆试件进行组织形貌、硬度与抗拉强度分析,在优选的激光加工工艺参数下,开展链轮的激光增材再制造修复.结果 在经重构的磨损链窝几何模型中,选取14个坐标数据与初始点云数据作定位比较,最大与最小偏差分别为0.26 mm和–0.05 mm,匹配性较好.在工艺性试验中,熔覆试件的性能分析结果表明,试件的整体表面形貌良好,熔覆区域组织均匀致密,熔合区与基体冶金结合性良好,熔覆层硬度明显高于基材硬度,熔覆高度和宽度分别在8000、23000μm左右,与预计结构尺寸保持一致.再制造链轮修复域硬度值达到50～56HRC,修复域无裂纹、气孔缺陷,熔覆层与基体呈现出良好的冶金结合性能.结论 重构的链窝磨损区域几何模型满足再制造加工精度要求,利用激光增材再制造修复技术能够实现再制造熔覆层与基体形成良好的冶金结合,并对表面起到强化改性的作用.经再制造修复的磨损链轮满足井下工况性能要求,具有较强的工程应用价值.     

热丝激光熔覆17–4PH涂层组织与腐蚀磨损性能

目的 在低碳钢表面高效制备沉淀硬化马氏体不锈钢涂层,研究涂层在腐蚀磨损苛刻条件下耦合损伤行为。方法 采用热丝激光熔覆技术在20钢基材表面制备17–4PH马氏体不锈钢涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织,采用电化学腐蚀摩擦磨损试验仪对涂层的摩擦磨损、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)及腐蚀磨损耦合行为进行研究。结果 制备的涂层组织均匀、致密,无裂纹、气孔等缺陷,主要由马氏体相组成。熔覆区的平均硬度约为310HV0.1,约是基材硬度的1.5倍,自腐蚀电流密度为6.583×10^?8 A/cm²,具有优异的耐蚀性。在3.5%NaCl溶液中,随摩擦载荷的增加,涂层的开路电位下降,摩擦因数增大,自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增大,摩擦对腐蚀促进作用明显。结论 热材激光熔覆技术节能、高效,制备的17–4PH涂层结构致密、性能优异,可用于在腐蚀磨损苛刻环境下零部件的表面改性。     

适于深井钻杆的自熔合金喷焊层磨损特性研究

采用喷焊技术在低碳钢表面获得合金熔覆层。对喷焊层的形貌，组织，硬质相等进行了分析。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机等对喷焊熔覆层显微组织、化学成分、相结构、显微硬度和摩擦磨损性能进行了研究。并与国外耐磨材料在相同的磨损条件下进行磨损对比试验。结果表明：制备的合金涂层具有较高的硬度，达到58HRC，其相对耐磨性提高了4．7倍。     

激光熔覆TC4/Inconel 625/316L不锈钢梯度材料组织与性能

为了提高不锈钢工件的综合性能,采用激光熔覆工艺在不锈钢上制备TC4熔覆层、Inconel 625熔覆层作为过渡层,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、硬度计、摩擦磨损和电化学测试等研究了TC4熔覆层微观组织、显微硬度、电化学性能和摩擦磨损性能.结果表明,熔覆层成形质量良好且具有均匀致密的微观组织.熔覆过程中,由于元素扩散与高温作用发生的共晶反应,熔覆层中生成CrNi₂和Ti₂Ni增强相,大大提升了熔覆层的硬度与耐磨性;TC4熔覆层磨损机制主要为磨粒磨损与氧化磨损,耐磨性优于基体;TC4熔覆层的腐蚀电流密度小于基体,耐蚀性显著高于基体.     

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

多道搭接钴基合金激光熔覆层的组织与性能

以钴基合金粉作熔覆材料,利用激光熔覆技术在42CrMo基体表面制备高性能熔覆层。使用光学显微镜观察熔覆层的宏观形貌以及显微组织,采用显微硬度计、摩擦磨损试验仪测量基体与熔覆层的显微硬度及摩擦因数曲线并分析了其磨损机理。结果表明,熔覆层中的组织类型为平面晶、胞状晶和柱状晶,组织形态呈梯度分布。熔覆层平均硬度达到650 HV0.3,是基体平均硬度的2.7倍,其摩擦因数为0.275左右,比基体的摩擦因数小0.075左右。     

面向盾构机密封跑道修复的激光熔覆Fe基涂层制备工艺

为探究激光熔覆再制造修复工艺对盾构机密封跑道磨痕的修复效果,采用送粉式激光熔覆工艺在42CrMo钢基体表面制备了Fe55铁基自熔合金涂层。基于L₁₆(4³)正交试验探究了激光功率、熔覆速率和搭接率对涂层表面形貌、横截面特征参数、稀释率、显微组织、硬度的影响规律和作用机理。极差分析表明,稀释率随激光功率和熔覆速率的增加均呈上升趋势,其中激光功率对涂层硬度影响最大,最大涂层硬度约为基体硬度的2.15倍。Fe55涂层的摩擦因数较基体明显降低,涂层耐磨性优良,其磨损体积较基体降低1.09×10^-2 mm³,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

2Cr13不锈钢激光熔覆涂层的性能

激光熔覆作为一种新的表面强化技术被广泛应用于再制造领域,采用激光熔覆工艺在2Cr13不锈钢基体上制备了Ni基耐磨涂层,并通过光学显微镜、场发射扫描电镜以及能谱分析、摩擦磨损研究了熔覆层的性能。结果表明,熔覆层主要以树枝状晶为主;在熔覆层中含有大量Cr元素,说明在熔覆过程中,产生了富Cr相,这些相对于提高熔覆层表面硬度非常有利。熔覆层最高硬度可达566.7 HV0.05,是基体硬度的1.9倍。因此,激光熔覆工艺可被用于提高零件表面硬度及耐磨性。     

快速成形堆积层表面制备耐磨涂层的组织及性能

为了提高快速成形零件的服役性能,采用机器人脉冲熔化极气体保护焊工艺在H08Mn2Si堆积材料表面制备了耐磨涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)观察分析了基体和涂层的组织形貌,在纳米硬度计上测试了基体–过渡区–涂层的硬度变化,采用T11摩擦磨损试验机考察了油润滑条件下基体和涂层的摩擦学性能。试验结果表明,熔覆涂层与快速成形堆积基体材料呈冶金结合,无孔洞、裂纹出现,沿基体–涂层方向随着距离的增大材料显微硬度呈增大趋势。熔覆涂层的摩擦因数低于快速成形堆积基体材料,磨损过程也更平稳,相对耐磨性是快速成形堆积基体的5.91倍。这主要是由于熔覆涂层基体硬度较高且有M7C3等硬质相形成所致。     

类激光堆焊修复柴油发动机肩胛密封面

针对老旧柴油发动机肩胛密封面腐蚀损伤修复难的问题,选用HS121镍基合金焊丝作为焊接修复材料,采用类激光焊接技术对其进行修复。使用光学显微镜、X射线应力测定仪(XPS)、电化学工作站、高频往复摩擦磨损试验机、扫描电镜(SEM)和激光三维形貌仪对堆焊修复层截面微观组织形貌、残余应力、耐腐蚀和抗磨损性能等进行了观察和测试。结果表明,类激光堆焊修复层与母材属冶金结合,且无明显焊接缺陷;堆焊修复层表面的残余应力为普通氩弧焊的16%,腐蚀速率为基体的19.88%,耐磨性较基体提高了2.66倍。此外,修复层的自腐蚀电位正于发动机基体材料,自腐蚀电流密度值约为基体材料的1/2。     

搅拌摩擦固相修复技术研究现状及发展方向

金属结构件在生产和使用过程中易出现裂纹、孔洞和沟槽等缺陷,搅拌摩擦焊具有热输入量小、焊接变形小和焊接效率高等优点,在金属材料修复领域具有巨大的发展潜力。首先总结了搅拌摩擦焊修复的修复性能和特点。由于搅拌摩擦焊修复仅能修复裂纹及体积较小的沟槽等缺陷,对于其他类型缺陷难以有效修复。针对搅拌摩擦焊修复的局限性,介绍了基于搅拌摩擦焊原理的搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复。搅拌摩擦点焊修复分为回填式搅拌摩擦点焊修复、填充搅拌摩擦焊修复和摩擦塞焊修复,主要用于匙孔等孔洞类缺陷的修复。阐述了各类搅拌摩擦点焊修复的工作原理、修复接头性能和强化方式,并对比分析了各类工艺的不足之处。搅拌摩擦增材修复分为复合增材修复和增材搅拌摩擦沉积修复,主要用于大面积、大体积类表面缺陷的修复,论述了各类搅拌摩擦增材修复的作用机制、沉积层性能和工艺特点。最后对搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

不锈钢堆焊层抗磨损腐蚀性能的实验研究

对材料为16Mn钢的连轧机底座的磨损机理进行讨论.在16Mn钢表面进行电弧堆焊1Cr13不锈钢和等离子堆焊铁镍合金粉末,并对堆焊材料进行磨损和抗腐蚀实验.通过分析其磨损量及磨损形貌,得到堆焊层的抗磨损和腐蚀性能,从而寻找出连轧机底座修复的材料和方法.     

低碳钢表面激光熔覆不锈钢的组织和性能

采用JHM-1GY-400型脉冲Nb∶YAG固体激光器和316L不锈钢粉末在20低碳钢表面制备了激光熔覆层。利用OM、XRD、SEM等表征方法分析了不锈钢熔覆层的物相组成和显微组织,并分别利用旋转摩擦试验机和电化学工作站对熔覆层和基材的耐磨损和耐腐蚀性进行了研究。试验结果表明,不锈钢熔覆层厚度约为50 μm,由γ相(奥氏体)和α相(铁素体)组成,其显微组织主要包括细小的树枝晶、粗大的胞状晶以及平面晶;不锈钢熔覆层表面硬度约为基材的2倍,摩擦因数比基材低0.0418,磨损量更低,不锈钢熔覆层比基材具有更高的耐磨性。与基材相比,不锈钢熔覆层具有更低的自腐蚀电流和更高的自腐蚀电位,其耐腐蚀性能更优异。     

Research of precise pulse plasma arc powder welding technology of thin-walled inner hole parts

The inner hole parts played an oriented or supporting role in engineering machinery and equipment,which are prone to appear surface damages such as wear,strain and corrosion.The precise pulse plasma arc powder welding method is used for surface damage repairing of inner hole parts in this paper.The working principle and process of the technology are illustrated,and the microstructure and property of repairing layer by precise pulse plasma powder welding and CO2gas shielded welding are tested and observed by microscope,micro hardness tester and X-ray residual stress tester etc.Results showed that the substrate deformation of thin-walled inner hole parts samples by precise pulse plasma powder welding is relatively small.The repair layer and substrate is metallurgical bonding,the transition zones(including fusion zone and heat affected zone)are relatively narrow and the welding quality is good.It showed that the thin-walled inner hole parts can be repaired by this technology and equipment.     

粉末复合电弧喷涂层耐磨性能研究

为了提高材料的耐磨、耐蚀性能,并降低生产成本,开发了粉末复合电弧喷涂技术.在45钢基体上分别用普通电弧喷涂和粉末复合电弧喷涂制备涂层,通过使用金相显微镜、摩擦磨损试验机、表面形貌仪、扫描电子显微镜对涂层显微组织及摩擦学性能进行了分析.试验结果表明,在与钢件对磨(干摩擦)时,粉末复合电弧喷涂层与普通电孤喷涂层相比,摩擦系数稍低,粉末复合电弧喷涂层具有较高的硬度和更好的耐磨性.     

氧乙炔火焰喷焊镍基复合涂层的显微组织和腐蚀性能研究

目的 研究Ni60和Ni60WC喷焊涂层的显微组织、防腐和耐磨性能及其腐蚀机理,为恶劣工况下服役的零件选择合适的喷焊涂层提供参考.方法 采用氧乙炔火焰喷焊工艺在16Mn钢基体上制备Ni60和Ni60WC涂层,用X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电子显微镜分析了喷焊涂层的相结构和显微组织,并采用电化学工作站、盐雾腐蚀试验机、磨粒磨损试验机测试了两种喷焊涂层的防腐和耐磨性能.结果 喷焊层与基体间都存在冶金结合层和热影响区,Ni60涂层的显微组织为NiCr固溶体基体上弥散分布着大量细小粒状和杆状碳化物和硼化物.Ni60WC喷焊涂层组织中,除了具有与Ni60涂层类似的基体相和细颗粒硬质相外,还较均匀地分布着不同尺寸的WC颗粒.Ni60和Ni60WC涂层的磨损率分别为16Mn钢的8.3％和2.3％,自腐蚀电流密度分别为16Mn钢的1.0％和7.6％.另外,基体相和硬质相之间的电偶腐蚀是两种镍基喷焊涂层的主要腐蚀机理.结论 这两种镍基喷焊涂层均能显著提高16Mn钢的抗磨和防腐性能,其中,Ni60喷焊涂层耐腐蚀性更好,Ni60WC喷焊涂层耐磨损性能更好.     

低碳Fe基Nb-Ti-V微合金化堆焊层的显微组织与性能

针对焊接快速成形耐磨功能零部件的需求,采用Nb-Ti-V微合金化的方法制备了一种低碳Fe基金属芯焊丝作为焊接成形材料,采用基于熔化极气体保护焊的焊接快速成形技术制备堆焊层试样,对其显微组织和性能进行了研究.显微组织分析表明:堆焊层金属无气孔和裂纹缺陷,主要组织是铁素体和板条马氏体,沿堆积高度方向上,马氏体的板条由粗大变为细小.堆焊层的硬度测试表明:显微硬度平均值为422.7 HV,具有一定的机加工性.干摩擦磨损试验表明:堆焊层的耐磨性是45钢的2.41倍.     

磁控溅射镀钛提高 AZ31 镁合金耐磨耐蚀性能的研究

目的提高AZ31镁合金的耐磨及耐腐蚀性能。方法采用磁控溅射技术对镁合金进行表面镀钛处理,用扫描电镜研究膜基界面形貌及界面成分,分析结合性能。通过摩擦磨损试验,对比分析镁合金基体和镀Ti膜样品的耐磨性能;通过Tafel极化曲线,对比分析镁合金基体和镀Ti膜样品的耐蚀性能。结果 Ti膜均匀致密,与镁合金基体结合良好。镁合金镀Ti膜后,摩擦系数和磨损失重率下降,腐蚀电位向正方向移动了430 m V,腐蚀电流密度从10.83 m A/cm2下降到2.62×10-7m A/cm2。结论磁控溅射镀Ti膜提高了AZ31镁合金的耐磨和耐蚀性能。     

球形碳化钨增强钴基堆焊涂层的组织及低温耐磨性

目的提升低温钢的摩擦磨损性能,为极地特殊船板的焊补和延寿技术提供试验依据。方法利用等离子转移弧技术,在低温钢E32表面堆焊制备3组球形不同碳化钨含量的钴基涂层,比较该改性涂层和E32钢在低温条件下(–20℃)的摩擦磨损性能。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、3D光学轮廓仪等研究手段,分析碳化钨含量对堆焊层耐磨损性能和显微组织的影响规律,并揭示其耐磨损机理。结果在载荷为50 N、滑动速度为20 mm/s条件下,经2 h干滑动摩擦磨损后,3组涂层较低温钢E32的摩擦系数和体积磨损率均下降,磨痕的宽度和深度均变小。富含WC、W₂C增强相以及Cr₂₃C₆、Cr₇C₃、Co₆W₆C和Fe₆W₆C等碳化物硬质相的涂层,显著提升了E32钢的硬度和低温耐磨性。涂层的低温耐磨性能随着碳化钨含量的增大而提高,未添加碳化钨的涂层的主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损,当碳化钨的质量分数为30%和60%时,主要磨损机理为三体磨粒磨损。结论通过在E32钢表面进行等离子转移弧堆焊,得到了结构致密、高硬度和抗低温耐磨性的球形碳化钨增强钴基表面改性涂层,在一定程度上提升了低温钢的服役寿命。