基于主成分分析法与逼近理想解法的38MnVS6激光熔覆工艺研究

采用激光熔覆在燃烧室部件表面制备高性能涂层对延长柴油机寿命有重要意义,多工艺参数的优化是获得高性能熔覆层的关键。以激光功率、扫描速度和送粉速率为优化对象,以熔覆层宽度、稀释率和表面硬度为优化目标,对活塞用38MnVS6中碳钢基体表面激光熔覆镍基合金粉末进行了L₉（3³）正交试验。基于主成分分析法计算各目标权重,并采用马氏距离的逼近理想解法对试验数据进行分析,获得了如下最佳工艺参数组合：激光功率850 W、扫描速度3 mm/s、送粉速率3.13 g/min. 经试验验证,与L₉（3³）正交试验最佳方案相比,稀释率下降了1.13%,平均硬度提高了4.56%. 通过极差分析,得到工艺参数对熔覆层综合质量和熔池尺寸的影响由大到小依次为激光功率、送粉速率、扫描速度。     

基于正交试验法的激光熔覆4J36低膨胀合金涂层工艺优化

用半导体激光器在45#钢表面激光熔覆4J36低膨胀合金涂层,采用正交试验方法研究激光功率、扫描速度、送粉率、搭接率等工艺参数对熔覆层表面裂纹及显微硬度的影响。结果表明:4种参数对熔覆层裂纹及显微硬度都有影响,其中激光功率对两指标影响最大,而搭接率影响最小;当激光功率为1 400 W、送粉率为25 g/min、扫描速度为270 mm/min、搭接率为45%时,熔覆层表面裂纹最少;当激光功率为1 400 W、送粉率为30 g/min、扫描速度为270 mm/min、搭接率为40%,熔覆层显微硬度最高,可达到457.2HV0.2。     

基于尺寸预测的激光立体成形30CrNi2MoVA工艺参数研究

30CrNi2MoVA钢广泛应用于兵器装备制造行业,采用该材料进行激光立体成形工艺研究。通过回归正交设计方法,结合同轴电荷耦合元件相机对熔池形貌实时监测,选用指数型回归模型得到了激光立体成形主要工艺参数对30CrNi2MoVA钢单道熔覆尺寸的影响规律,明确了影响熔覆层宽度和高度的显著性因素及相应回归方程。光斑直径、激光功率和扫描速率显著影响熔覆层宽度,熔覆层宽度同光斑直径和激光功率呈正相关而同扫描速率呈负相关;扫描速率和送粉率显著影响熔覆层高度,熔覆层高度同扫描速率呈负相关,同送粉率呈正相关。实验验证结果表明：该成形尺寸预测模型准确。基于熔覆层宽高比预测值确定了在3.5 mm光斑直径下成形30CrNi2MoVA钢的工艺参数选择范围,激光功率应处于1 300~3 000 W之间,送粉率在0.7~2.5 r/min之间,扫描速率在5 ~12 mm/s之间。     

工艺参数对激光熔覆层结构的影响

利用激光熔覆技术在45钢表面熔覆Ni60合金,通过正交试验研究了相关工艺参数对熔覆层结构的影响。结果表明:随电流、离焦量、激光移动间距、送粉量的增大,熔覆层的有效面积先增后降,至最佳工艺为220 A、32 mm、1.80 mm、3g/min达到峰值,分别为9.760、10.553、10.387、11.852 mm2;随电流、离焦量的增大,熔覆层的均匀性由好转差,至220 A、32mm达到最佳,而激光移动间距和送粉量的影响对其不大;经最佳工艺熔覆后的试样,熔覆层与基体之间属冶金结合,熔覆层组织为γ-Ni固溶体基体上均匀分布着铬、铁的碳化物和硼化物等硬质相,基体-热影响区-熔覆区的显微硬度从260.4HV到820.6HV呈梯度分布,熔覆层的有效面积为17.650mm2,波峰、波谷、波宽的标准差分别为0.018、0.015、0.012。     

激光工艺参数对NiCoCrAlYSi熔覆层微观组织及性能的影响

采用激光熔覆技术在Ni625高温合金表面制备NiCoCrAlYSi涂层,研究激光功率和扫描速度对NiCoCrAlYSi熔覆层冶金质量及微观组织的影响。通过测试熔覆层显微硬度及摩擦磨损性能,建立激光熔覆工艺参数、微观组织与熔覆层性能之间的关系。结果表明：随着激光输入能量从36 J/mm²升高至73.3 J/mm²,熔覆层厚度从534 μm增加到1 535 μm,表面气孔率从0.07%增大到0.65%,以及平均气孔尺寸从0.23 μm增大到1.33 μm,且熔覆层微观组织发生粗化,熔覆层表面气孔率的增大及组织粗化导致其显微硬度和耐磨性逐渐降低;当激光输入能量比为36 J/mm²时,熔覆层组织致密性最高、晶粒尺寸最细小,且内部分布有大量的位错及位错墙结构,此时熔覆层硬度及耐磨性也最佳。     

50CrV钢激光填丝焊焊缝成形多元非线性回归模型

在焊接50CrV薄板时,焊缝熔深要求控制在2 mm.为获得特定要求的熔深,基于响应面设计方法,采用实验设计软件Design-Expert 8.0对50CrV钢激光填丝焊焊接工艺进行了实验设计。实验过程中,以特定的焊缝熔深(2 mm)、最小化熔宽及余高为响应;以激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量作为控制变量,测量描述焊缝特征的响应数据,并建立其与焊接参数之间相关性的数学模型,通过方差检验确定了所建立的数学模型准确性。模型分析结果表明：激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量4个主因素对焊缝成形有直接的影响;根据优化结果得到最佳焊接条件,激光功率3.17～3.33 kW,焊接速度1.30～1.40 m/min,送丝速度4.0～4.23 m/min,离焦量3.1～4.5 mm,此时可获得满足焊接要求的熔深、熔宽和余高;实验验证了预测结果与实际焊接结果相一致,可用于指导实际生产。     

塑料模具钢表面激光熔覆陶瓷复合涂层的性能研究

为了提高覆层的硬度和耐磨性,在塑料模具钢P20表面预置非晶的纳米Al2O3,TiC,WC等陶瓷硬质颗粒的涂层,采用CO2激光器进行熔覆处理。对激光熔覆陶瓷复合层的显微组织结构进行了分析,并测试了其硬度和耐磨性。结果表明:通过高能量密度的激光处理,基体和熔覆层元素相互扩散与反应,其中的WC,Al2O3,FeSi成为熔覆层中的硬质相,显著提高了材料的硬度和耐磨性。磨损后熔覆层表面主要为细小的划痕,其磨损方式主要为磨粒磨损。     

激光熔覆科尔莫落依合金涂层的奥氏体不锈钢表面组织和耐磨性研究

为提高AISI316L奥氏体不锈钢的耐磨性能,采用CO2激光技术对其表面进行了激光熔覆Colmonoy 6合金涂层的研究。采用扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对熔覆层微观组织结构进行了分析,并采用硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对其性能进行了测定。研究发现激光熔覆前进行450℃预热及熔覆后的保温缓冷是防止裂纹产生的有效手段。试验结果表明,熔覆区凝固组织形态为典型的树枝晶,主要是由γ-Ni固溶体和M23(CB)6、BNi3及CrB等化合物相构成;熔覆层的表面硬度得到显著提高,摩擦系数相对较低,耐磨性相对提高了53倍。磨损形式为磨粒磨损。     

纯Cr粉末激光熔覆层组织分析

为了提高工件的抗烧蚀及耐磨性,利用激光在PCrNi3Mo钢上熔覆纯Cr粉末,并对激光熔覆和等离子喷涂层进行组织对比分析。从X射线衍射图谱可以看出激光熔覆层中只含有Cr一种物相,而等离子喷涂层含有Cr物相和Cr2O3物相。从显微组织可以看出激光熔覆区和热影响区之间,热影响区与基体之间没有明显的界面特征,已经形成了冶金结合。激光熔覆后获得了细化晶粒组织,产生位错和晶界。因此激光熔覆的力学性能、硬度和耐磨性均优于等离子喷涂。     

半导体激光器抛光1.2333模具钢工艺参数优化研究

针对模具钢表面抛光耗时长、成本高的工艺难题,采用半导体激光器对1.2333模具钢进行激光抛光试验。采用单因素试验和正交试验相结合的方法,探究激光抛光工艺参数对模具钢表面抛光质量的影响,确定各工艺参数对抛光质量的主次关系及其显著性,通过信噪比法得到优化工艺参数,并通过对比试验进行优化结果稳定性验证。结果表明:工艺参数对表面粗糙度的影响依次为扫描速度>激光功率>离焦量,其中扫描速度是影响抛光质量最显著因素;信噪比法优化工艺参数激光功率为1 kW、离焦量为+3 mm、扫描速度为0.02 m/s,得到良好的表面抛光质量,表面粗糙度为233.04nm,降低率达到92.6%。     

TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层温度场模拟及参数优化

采用ADPL参数化语言,综合考虑热源模型、材料热物性参数、相变潜热、边界条件等因素,建立了连续移动高斯热源作用下TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层三维瞬态温度场数值模型。实验结果测量值与模拟计算值的对比表明,建立的温度场数值模型具有很好的可靠性。同时,在分析涂层品质的基础上,基于该模型对TC11表面激光熔覆MCrAlY涂层的激光工艺参数进行了预报及优化,得出较优的激光工艺参数为:激光功率1 200 W、光斑直径2 mm、扫描速度400mm/min。     

物性参数温度变化下激光熔覆多场耦合模拟与实验

激光熔覆存在热-弹性-塑性-流体多场耦合变化,影响对流、传热和传质,同时影响凝固过程。因熔池体积小、温度变化梯度大、具有极强的瞬时性,难以用实验方法动态跟踪并揭示多场耦合演变机理。建立了碟片激光器在45号钢基体熔覆Fe60过程三维模型,考虑了粉光作用,熔池表面张力、浮力对液态金属流动的影响,熔覆带形状的瞬时变化,以CALPHAD相图计算法得出基体和粉材的温度变化物性参数,计算得出温度场、流速场的分布与演变规律。计算结果表明：模拟预测得出的激光熔覆形态和凝固组织与通过Zeiss-ΣIGMA HD型场发射扫描电镜金相实验结果相吻合。     

镍铬合金激光熔覆层的制备及其表征研究

采用激光熔覆的方法,在45钢表面添加镍包铬复合粉末制得镍铬合金激光熔覆层。结果表明,镍铬合金激光熔覆层主要由Ni、Cr、Fe、C等元素组成,其显微组织是定向凝固的柱状枝晶组织。镍铬合金激光熔覆层熔覆区的平均显微硬度为441.4HV,约为基体45钢显微硬度的1.6倍,熔覆层的磨损量为基体45钢的60%,因此镍铬合金激光熔覆层具有较好的耐磨性能。     

1Cr12Ni3MoVN激光改性熔覆的组织与耐磨性

为改善1Cr12Ni3MoVN合金耐磨性能,采用Nd:YAG激光在该合金表面进行了激光熔覆试验。分析了熔覆层微观组织,测试了显微硬度及在大气环境下的干滑动摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层和基体实现了良好的冶金结合,熔覆层组织主要为板条马氏体和残余奥氏体,且较基体得到明显的细化;硬度值由熔覆层(平均452 Hv)到基体区(290 Hv左右)逐渐减小,硬度峰值出现在熔合线附近,达487 Hv。熔覆层的耐磨性能得到明显改善,其磨损失重量约为基体的67%。     

导弹发动机Mo-Cu合金喷管激光快速成型工艺研究

采用机械合金化方法制备了Mo-Cu超细粉末,并利用该粉末进行了选择性激光烧结成型,确定了激光烧结成型的最佳工艺参数为激光功率270W,扫描速度2000mm/min,铺粉厚度0.2mm.并利用该工艺参数快速制备了Mo-Cu合金导弹发动机喷管成型件,经过高温烧结后,其抗拉强度为550MPa,延伸率为7.3%,其综合性能优于利用钼粉制备的钼喷管,可以满足新型号产品的研制需求.