激光熔覆修复齿轮轴工艺研究

采用激光熔覆工艺对某船用减速齿轮箱齿轮轴的磨损齿面进行尺寸修复.为制定合理的修复方案,建立了齿轮轴齿面激光熔覆温度场模型,通过计算分析,结合样块试验,确定了修复过程中的激光熔覆主要工艺参数;选用单向送粉双向扫描的熔覆方法,解决了熔覆层开裂的问题;针对计算结果中出现的齿面进出端和齿顶热集中效应和热冲击效应引起的过烧现象,提出了搭接熔覆和包覆熔覆的熔覆工艺,较好地消除了过烧现象.最终在磨损轮齿上得到了厚度达0.7mm质量稳定的优质熔覆层,完成了磨损轮齿的尺寸修复.该激光熔覆工艺可为类似的修复问题提供借鉴和指导.     

激光熔覆WC/Ni粉末对冷作模具刃口修复的实验研究

目的 为实现冷冲模具凸模刃口的修复，研究了基体表面的倾斜角度对激光熔覆制备熔覆层质量的影响，寻找能够用于修复冲头刃口的最佳工艺方法，通过冲裁加工的数值模拟分析与实际冲裁，验证激光熔覆技术修复冷冲模具刃口的可行性。方法 在不同倾斜角度的Cr12MoV基材表面上，分别采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方法制备WC/Ni熔覆层，通过熔覆层的截面形貌、结合质量变化以及硬度的分析，选取最佳的修复工艺。利用X 射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS），对比分析了基材表面倾斜角度变化对熔覆层截面组织形貌与物相组成的影响。根据熔覆层的平均硬度检测值以及被加工板料实测数据建立有限元仿真模型，利用磨损累计法对其求解，得出符合预期的使用寿命后，将修复冲头参与实际冲裁加工，验证激光修复冷冲模具的可行性以及有限元仿真模型的可靠性。结果 选择激光功率为1.2 kW，扫描速度为2 mm/s，送粉电压为8 V，离焦量（基体与熔覆头的直线距离）为12 mm，当基体的被熔覆表面相对于地面的倾斜角度不超过50°且与激光束形成的夹角不超过35°时，制备出的熔覆层质量较高。基体表面倾斜时，熔覆层的峰值点始终位于熔覆层中心区域，熔池最大深度值会向靠近激光头的一侧移动。采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方式，在不同倾角的基材表面上制备得到熔覆层，其均由γ-Ni（Fe）、Fe6W6C、Fe2B、WC、W2C、Cr7C3、W2B等硬质相和复杂的间隙化合物组成，基材表面倾斜角度的变化只对熔覆层组织结构的细化程度以及各元素的质量分数产生影响。结论 使用激光熔覆技术搭配合适的修复工艺，不仅可以有效地修复磨损失效后的冷冲模具，还能起到局部改性的作用，熔覆过程中生成的碳化物等硬质相对修复区域硬度的提高起到了主要作用。修复后的冲头的平均使用寿命为5283次/支，与有限元寿命预测的仿真结果5600次/支基本吻合，进一步验证了有限元仿真模型的准确性。     

激光熔覆硬韧材料齿面的电解磨削

某重载履带车辆侧减速器主动齿轮磨损后,应用激光熔覆技术制备Fe-Mn-C呈亚稳奥氏体组织的熔覆修复层.齿面熔覆层在加工过程中,因表层发生应变诱发马氏体相变而使材料呈硬韧特性,难以完成加工.为此,通过改进专用的加工设备、开发实用的电解磨削溶液,优化了电解磨削工艺参数,解决了硬韧材料齿面的加工难题,其磨削效率高(9个齿18个齿面在120 min左右即可完成),齿面粗糙度Ra达0.4μm～0.2 μm.     

H13钢激光熔覆陶瓷修复层的参数优化

针对H13模具钢失效而产生的磨损以及腐蚀等表面问题，采用镍基碳化硅粉末，对H13模具钢的修复层进行参数优化. 为了探究激光熔覆中激光参数对修复层的影响，采用不同的激光电流、离焦量为优化工艺参数进行激光熔覆试验，发现改变激光电流、离焦量的大小对修复层的熔覆尺寸、微观组织以及力学性能均有不同程度影响；熔覆层的几何稀释率随着激光电流的增大而增大，熔覆层的晶粒尺寸变粗；熔覆层的几何稀释率随着离焦量的增大而减小，熔覆层的晶粒尺寸变细. 通过金相显微镜、SEM和显微硬度仪分析得到优化结果为:激光电流115 A、离焦量51 mm，熔覆层显微硬度值达到最高，约为基材硬度的2.6倍. 上述研究成果为提高模具失效表面激光熔覆修复层质量提供理论和技术依据.     

冷作模具曲面激光熔覆修复工艺及路径研究

目的冷作模具在高压力和高冲击力作用下易磨损,传统的修复方式效率慢、自动化程度低,导致冷作模具报废率高,故采用激光熔覆技术对其进行修复,以获得具有优良使用性能的修复层。方法利用修复质量高、修复速度快的激光熔覆技术与空间自由度大、操作灵活的机器人技术相结合的方法获得熔覆层,基于组织观察、硬度分析和摩擦磨损实验观察检测熔覆层质量。结果熔覆最佳工艺参数为:功率1500 W,扫描速度2 mm/s,载气6 L/min,送粉器转速10 r/min,搭接率1/2。熔覆层硬度为350~430HV,远高于基体硬度。结论沿曲面短边方向由下往上做"之"字形扫描,熔覆效果最优。多道多层激光熔覆时,下一层的起点相对于上一层的起点偏移1.5 mm,得到的熔覆成形效果较好。微观组织分析表明,熔覆层与基体之间的界面冶金结合,熔覆层主要由致密的树枝晶组成。熔覆层的耐磨损性能明显优于基体。     

9%Cr钢表面激光熔覆制备低Cr合金改性层组织及Cr含量分析

目的通过对比分析1CrMo合金激光熔覆和埋弧堆焊层中Cr元素含量分布,研究激光熔覆替代堆焊技术用于9%Cr钢汽轮机转子轴颈表面改性的可行性。方法采用与1CrMo合金焊丝成分相同的合金粉末作为激光熔覆材料,利用半导体激光熔覆系统在9%Cr钢表面制备低Cr合金熔覆层。用直读光谱仪、金相显微镜、扫描电镜和显微硬度计等仪器,分析熔覆层中Cr含量分布、熔覆层组织结构和性能,并与堆焊层进行了对比。结果利用激光熔覆技术成功在9%Cr钢表面制备了不同厚度、无缺陷的1CrMo合金熔覆层,熔覆层组织主要由铁素体和颗粒状碳化物相构成。多层熔覆层硬度在220～250HV0.3之间,与基体硬度接近。激光熔覆可有效减少基体对熔覆层的稀释,熔覆层中Cr含量降低明显,在熔覆层约2 mm厚处的Cr含量已低于2%的工作面Cr含量要求,而堆焊需8 mm左右才能达到相同的降Cr效果,激光熔覆所需熔覆层数明显少于埋弧堆焊法的堆焊层数。结论与堆焊相比,激光熔覆用于9%Cr钢汽轮机转子轴颈表面改性需熔覆层数少,表面降Cr效率更高。     

高速激光熔覆铁基TY-2合金组织及力学性能分析

目的 通过与激光熔覆进行对比,探究高速激光熔覆铁基TY-2合金的显微组织及力学性能.方法 采用高速激光熔覆技术在27SiMn不锈钢基体上制备铁基TY-2合金熔覆层.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计,对熔覆层的显微组织、物相结构及力学性能进行分析测试,对比研究高速激光熔覆与激光熔覆铁基TY-2合金熔覆层的显微组织和力学性能.结果 与激光熔覆层相比,获得的高速激光熔覆层均匀致密,无裂纹,孔隙与夹杂较少,与基体形成良好的冶金结合.激光熔覆层的组织以粗大的柱状晶为主,高速激光熔覆层的组织以尺寸为5～10μm的细小晶粒为主.高速激光熔覆层与原始粉末的物相一致,包含(Fe,Ni)、Cr0.19Fe0.7Ni0.11和Fe-Cr等相.激光熔覆层与原始粉末的物相有所差别,高能量密度导致CaNi3C0.5金属间化合物的生成.高速激光熔覆层的平均硬度为604HV0.3,相比激光熔覆层(543HV0.3)提高了9.4％.结论 高速激光熔覆的总能量较低,为激光熔覆总能量的77.9％,其中高速粒子携带的动能占高速激光熔覆总能量的17.7％.高速激光熔覆可实现低能量下的高效熔覆,熔覆层的组织更加细小,成分更加均匀,硬度更高.     

激光熔覆修复铜合金零件的工艺研究

研究了铜合金表面激光熔覆修复工艺和熔覆层组织.结果表明,采用优化的激光功率和扫描速度,可在黄铜基体表面熔覆与基体呈冶金结合、无裂纹的锡青铜合金修复涂层;其熔覆层组织具有快速凝固特征,熔覆层从下到上分别为细小胞状晶、粗大树枝晶、细小枝晶和胞状晶组织.     

航空发动机叶片铸造缺陷激光熔覆修复的研究

研究了激光熔覆工艺参数和Y2O3含量对航空发动机叶片铸造缺陷激光熔覆开裂敏感性的影响。结果表明，当激光工艺参数P=1．5kW，V=180、190mm／min，d=3mm以及Y2O3含量为1．5wt％时，可在铸造镍基高温合金叶片上获得无裂纹的修复涂层。当Y2O3含量高于或低于1．5wt％时，熔覆层内部或熔覆层表面产生裂纹。在最佳工艺参数条件下加入复合变质剂可进一步细化涂层的组织。     

专利文献

一种分子共振化学热处理炉,渗碳类重载齿轮齿面激光熔覆粉末材料及修复方法     

斜面多道熔覆涂层平整度的数值模拟与试验研究

目的 揭示扫描方式、基材倾角、搭接率对斜面熔池成形的影响规律,提高斜面多道搭接涂层的平整度。方法 采用数值模拟探究激光扫描方式、基材倾斜角度、搭接率对倾斜基材表面熔覆涂层平整度的影响机理,并结合正交试验进行验证。结果 模拟所得平整度随扫描方式、倾斜角度、搭接率变化规律与试验一致。激光扫描方式对水平基材的多道搭接平整度无明显影响,但对倾斜基材表面的多道平整度影响显著。相同扫描方式下,不同倾斜角度的基材适应的搭接率不同。结论 相比其他扫描方式,扫描方式1(SM1)和扫描方式5(SM5)得到的熔覆层平整度和熔覆效率相对较高。平整度和熔覆效率随基材倾斜角度的增大而逐渐减小。以扫描方式5进行熔覆时,水平基材最佳搭接率为30%,基材倾斜40°时最合适的搭接率为15%～20%。显然,倾斜角度和搭接率的交互作用对平整度影响显著。     

不同基面角度对激光熔覆Ni25/WC涂层耐磨性的影响

目的 为实现模具曲面或斜面区域修复,研究不同基面角度对激光熔覆Ni25/WC涂层形貌和耐磨性的影响。方法 采用激光熔覆技术在不同角度的基体表面制备了Ni25/WC修复涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、扫描电镜(SEM)和摩擦磨损试验机,分析和研究了不同角度对涂层截面形貌、物相组成、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响及机理。结果 熔覆过程中,基体表面为90°时,在重力作用下,粉末流向下偏移,部分粉末无法进入熔池,使得单道涂层厚度降低,熔池内的金属熔液受重力影响向下滑落,激光熔覆快速凝固的特点使得熔液在滑落前凝固,导致涂层形心向下侧偏移。在重力、运载气体及空气阻力的作用下,混合粉末中密度更大的WC颗粒向下偏移量更大,未进入熔池的大尺寸的WC颗粒更多,使得涂层中WC颗粒含量降低。WC颗粒含量影响涂层的磨损形式,0°涂层主要磨损形式为犁削作用和黏着磨损,90°涂层主要发生了磨粒磨损。结论 不同角度单道涂层的截面形状和厚度不同,0°涂层呈现两侧较为对称的半圆或半椭圆,涂层厚度更大,90°涂层的形心随重力向下侧偏移,涂层厚度明显减小;涂层的物相种类相同,均由FeNi3、Ni2B及WC等相组成;0°涂层显微硬度平均值为446.67HV0.2,90°涂层显微硬度平均值为456.13HV0.2。0°涂层磨损率为0.002 6 mg/m,90°涂层磨损率为0.008 mg/m,0°涂层耐磨性优于90°涂层,磨损机制不同是耐磨性产生差异的主要原因。     

机械零件维修与再制造表面质量分析与检测

利用表面工程技术对失效零部件进行恢复性维修是对机械产品进行维修和再制造的重要手段。通常,恢复性维修在零件表面增加了一个表面涂(覆)层,因此,检测零件维修与再制造过程中增加的表面涂(覆)层质量,评价零件表面性能是否达到使用需求,对确保机械零部件维修与再制造的质量具有重要的意义。文中从表面成分与结构分析、表面形貌与组织分析、表面残余应力检测、表面力学性能检测和表面耐腐蚀性能检测等五个方面阐述了机械零件维修与再制造表面质量分析与检测的内容,介绍了常用的测试方法、设备及其特点,重点介绍了表面质量分析和检测技术在利用真空镀膜、电刷镀、激光熔覆以及超音速等离子喷涂等先进表面工程技术制备涂层质量检测中的应用,并给出了具体的应用实例。     

汽车冲压模激光修复技术的研究

通过对汽车冲压模具激光熔覆、修复技术研究,主要介绍了激光修复技术原理及性能特点;工艺流程及时间安排;以及激光修复技术在冲压模具方面的应用,能够提高模具的表面质量,提高模具的使用寿命,降低维修模具的频次,提高制件的生产效率。     

ZTC4激光熔覆修复力学性能及失效分析

采用同轴送粉式激光熔覆技术对ZTC4板材的圆孔形缺陷进行修复,通过采用封边搭接和旋转搭接的方式研究了不同工艺、不同扫描路径及不同热处理工艺下激光熔覆修复对ZTC4修复件力学性能的影响。结果表明,封边搭接和旋转搭接的修复质量及修复效率相近,能在保证修复效率的情况下保证一定的修复质量。光斑直径相较于修复层数是更主要影响修复质量的工艺参数。对深3 mm和5 mm孔进行封边搭接及旋转修复时,发现采用φ2.5 mm光斑直径的封边搭接工艺所获得的力学性能优于光斑直径φ1.0 mm封边搭接和旋转修复工艺。光斑直径φ2.5 mm封边搭接拉伸结果呈韧性断裂;光斑直径φ1.0 mm封边搭接拉伸结果呈准解理断裂。同时,修复试样的综合力学性能在经过固溶处理和固溶时效处理前后变化不大。     

激光熔覆制备高硬耐磨涂层的研究综述

高硬耐磨涂层指与基体间呈冶金结合,具有很强的局部抵抗压入能力及抵抗机械磨损能力的薄层。激光熔覆技术是一种新型、绿色、高效的表面处理技术,具有冷却速度快、稀释率小、热变形小、厚度可控等优点,在交通、矿山、石化、冶金等高端制造装备领域具有广阔的应用前景。从粉末设计、激光熔覆工艺、统计计算与仿真模拟、激光熔覆辅助技术等4个方面,综述了激光熔覆技术制备高硬耐磨涂层的研究进展。在粉末设计方面,以涂层优化结果为导向,综述了第二相强化型、细晶强化型、组织结构优化型及其他类型设计在制备高硬耐磨涂层方面的研究。在激光熔覆工艺方面,介绍了熔覆过程中工艺参数对涂层性能及质量的影响及作用机理,并提出了合理的优化建议。在统计计算和仿真模拟方面,概述了统计计算与仿真模拟在涂层制备、熔覆工艺优化、涂层组织性能优化及熔覆理论研究中的作用。在激光熔覆辅助技术方面,概述了声场、电场、磁场、热场、机械场及光谱检测等辅助技术,并介绍了辅助技术对调控涂层微观组织及性能的影响和作用机制。最后对激光熔覆制备高硬耐磨涂层及相关技术的研究进行了展望。     

再制造HT250基体的亚激光瞬间熔技术工艺参数优化

工艺参数的选取对再制造产品的表面质量至关重要。采用亚激光瞬间熔技术修复了HT250基体的表面缺陷,并利用响应曲面法(RSM)和有限单元法(FEM)对其修复过程的工艺参数进行了优化。同时详细分析了输入功率P、单次修复时间t、速度V和保护气体流量G等4个因素对修复后试样抗拉强度的影响。研究结果表明:抗拉强度受输入功率和单次修复时间影响显著,而对其它元素呈弱依赖性。HT250基体的亚激光瞬间熔技术的最优工艺参数为输入功率2 800 W,持续时间0.57s,速度6.5mm/s,气体流量3L/min。     

Study on process optimization of WC-Co50 cermet composite coating by laser cladding

In order to optimize the process of tungsten carbide (WC)-reinforced Co50 cermet composite coating by laser cladding, Co-based coatings with 40 wt% WC were deposited on the surface of cone bit 15MnNi4Mo steel by 4 kW fiber laser. A single-factor experiment was designed to study the variation of the geometrical size, dilution rate and hardness of cladding layers with the change of various factors. Then, an orthogonal experiment was designed to study the optimal parameters for the laser cladding process by taking the hardness and dilution rate of the coatings as comprehensive indexes. Based on the results of the above experiments, the mathematical model of the relationship between the geometrical size of the cladding layers with the process parameters was established by regression analysis. In addition, the three-dimensional structure and microstructure of the coatings were analyzed by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results revealed that with the increase of the laser power, the width of the cladding layer, the depth of the molten pool and the dilution rate gradually increased, while the coating height remained basically unchanged. Additionally, with the increase of the scanning speed, the coating height and the molten pool depth were relatively greatly reduced, while the coating width decreased little. Furthermore, with the increase of the powder feeding rate, the width of the cladding layer, the molten pool depth and the dilution rate gradually decreased, while the coating height gradually increased. The optimal process parameters are as follows: laser power of 2.4 kW, scanning speed of 7 mm/s, and powder feeding rate of 0.5 g/s. The mathematical model established by regression analysis fitted the width of the cladding layer best, and the minimum relative error was only 0.023%. The microstructure showed that metallurgical bonding was achieved between the coatings and substrates. Also, the coatings were compact and free of defects such as cracks and pores.     

激光重熔对材料表面激光熔覆层的影响

熔覆层中的裂纹是激光熔覆技术应用的主要障碍。为了提高熔覆层的性能,抑制裂纹扩展,采用CO2激光器在45钢表面激光熔覆了Ni25合金粉末,然后采用不同工艺参数对熔覆层进行激光重熔处理研究。实验结果表明,激光重熔能够减少熔覆层中的裂纹和气孔,使熔覆层表面变的平整,颗粒状组织消失。较慢的激光扫描速度更有利于降低熔覆层的残余应力,减少缺陷。激光重熔后材料表面的显微硬度有所降低。研究结果对激光熔覆技术的应用具有实用价值。