65Mn钢表面激光熔覆温度场模拟及性能研究

为了探究不同激光熔覆工艺参数对温度场的影响,利用ANSYS软件对激光熔覆温度场进行模拟。在选定工艺参数下,通过激光熔覆技术在65Mn钢表面熔覆Ni60A合金粉,并与镍基焊条电弧焊试验进行对比。对两种熔覆层的显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能进行观察和测试。结果表明：激光熔覆温度场的最高温度与激光功率、频率成正比,而与扫描速度成反比。在激光功率580 W,扫描速度100 mm/min,频率4 Hz,脉宽8 ms的工况下,温度场最高温度达到2 092.1℃。激光熔覆层主要由等轴晶、柱状晶组成,而电弧焊覆层组织的晶粒组织粗大,存有大量树枝晶。激光熔覆层晶粒更加致密,组织均匀,强度、塑韧性性能更好。在硬度与耐磨性方面,激光熔覆层硬度平均值为531.24 HV_0.2,电弧焊熔覆层硬度平均值为492.46HV_0.2,且激光熔覆对硬度的提高效果更加显著。激光熔覆层的磨损率为4.9×10^-4 mm³·N^-1·m^-1,是基体的3/5。磨损机理由严重的粘着磨损转变为轻微的磨粒磨...     

交变磁场对激光熔覆铁基复合涂层宏观形貌的影响及其微观组织演变

通过特殊设计的电路及作用线圈制作了交变磁场发生装置,并用其研究了不同磁场强度对激光熔覆铁基涂层宏观形貌和显微组织的影响。基于电磁学及金属凝固原理,揭示了激光熔覆涂层的固化过程和磁场诱发熔覆涂层柱状树枝晶向等轴晶转变的主要机制。实验结果表明:在交变磁场作用下,熔池金属液表面产生的趋肤效应和交变电磁力使凝固后熔覆层的表面形态呈波浪式,熔高和横截面积均随磁场电流的增加而减小,但熔宽变化不大。熔池内部产生的电磁力驱动熔体流动使树枝晶熔蚀和机械折断,游离的破碎枝晶成为新的形核核心,增加了形核率,从而促使熔覆层顶部组织由树枝晶向等轴晶转变。随着磁场电流的增加,等轴晶区扩大,但涂层底部的组织变化不明显。     

激光工艺参数对TC4合金激光熔覆熔池微观组织的影响

为了研究激光工艺参数对激光熔覆熔池凝固微观组织的影响,考察了不同工艺参数下试验件的微观组织,并测定其元素分布及维氏显微硬度。结果显示:激光工艺参数影响熔池晶粒的尺寸及生长方向;熔池凝固形成粗大β柱状晶,晶内组织由针状α′马氏体交叉形成的网篮组织构成;试验件熔覆层晶粒及晶界不同区域没有发生严重的溶质富集或贫化等偏析现象;基体、热影响区到熔覆层的显微硬度依次增大,随能量密度增大,熔覆层和热影响区的显微硬度均降低,反之,熔覆组织的显微硬度均增大。     

激光熔覆对轮轨材料摩擦磨损性能的影响

利用CO 2激光器分别在车轮和钢轨材料表面熔覆一层钴基合金粉,分析熔覆层的微观组织结构和显微硬度,利用MMS 2A摩擦磨损试验机研究轮轨材料激光熔覆钴基合金粉前后的摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆可获得厚度1 mm左右无气孔、裂纹且与基体冶金结合的优质激光熔覆层,熔覆层组织主要由γ Co、Cr 23 C6等相构成,熔覆区主要有平面晶区、胞状晶区、树枝晶区;车轮和钢轨熔覆层的显微硬度分别比基体提高了43%和45%,激光熔覆后的轮轨摩擦磨损性能明显优于轮轨基体,耐磨性能比轮轨基体提高约4倍,激光熔覆后轮轨的磨损机制主要表现为磨粒磨损.     

硼碳过饱和马氏体激光熔覆层耐磨性研究

基于激光熔覆技术,设计制备了一种新型硼碳过饱和的马氏体不锈钢粉末。采用激光熔覆工艺将该粉末在Q235的基材上制成熔覆层,然后分析该熔覆层在不同的热处理下的显微组织和力学性能。通过XRD,SEM,OM,HRC洛氏硬度计,万能摩擦磨损测试机对熔覆层进行检测分析。结果表明:该熔覆层表面形貌光滑无裂纹,熔覆层微观形貌基本呈树枝晶;XRD显示其硼碳析出物到500℃才出现增多,其主相依旧保持为体心四面结构;其硬度在500℃热处理2h空冷处理之前均大于55HRC,热处理温度超过600℃才开始下降,熔覆层的摩擦系数在500℃时达到最小,且磨损量较低。     

激光熔覆金属层柱状晶/等轴晶转变模型的研究进展

由于激光熔覆金属层的性能在很大程度上是由显微组织决定的,预测和控制显微组织的变化就显得尤为重要,为此需要对熔覆金属层晶粒形态的演变进行研究.重点综述了激光熔覆金属层柱状晶/等轴晶转变的Hunt模型和Gaumann模型,利用这两个模型计算出的临界温度梯度和凝固速度可用来预测晶粒的具体形态,为选择试验参数提供依据;同时简单介绍了国内在柱状晶/等轴晶转变模型方面的研究,最后提出了研究中存在的问题和今后的研究方向.     

NAK80模具钢表面激光熔覆钴基合金涂层的组织和摩擦磨损性能

采用激光熔覆方法在NAK80模具钢表面制备钴基合金熔覆层,用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆层的显微组织,通过干滑动摩擦试验研究了熔覆层的摩擦磨损性能,分析了其磨损机制,并用三维表面形貌仪观察磨损试样的表面形貌。结果表明:熔覆层的主要组成相为Cr23C6、Co3Mo2Si、MoC、FeCr和γ-Co;熔覆层由涂层与基体界面处的平面晶区、涂层中部的胞状树枝晶区和表层的网状等轴晶粒区组成;经激光熔覆处理后的NAK80模具钢表面硬度和耐磨性得到了显著改善,与NAK80模具钢相比,熔覆层表面的平均摩擦因数降低了约34%,比磨损率下降了约91.3%;熔覆层的磨损机制为粘着磨损和轻微的显微切削。     

等离子熔覆超厚金属-陶瓷梯度涂层的工艺与组织

用等离子熔覆预先涂敷于碳钢表面的多层Ni60B TiC涂层,通过成分设计和工艺参数的优化,得到优良的超厚金属-陶瓷梯度材料。用光学显微镜、显微硬度计等对熔覆层中的显微组织,TiC的粒径、含量和形貌,涂层的硬度进行了研究。结果表明:涂层中的组织、成分呈明显的梯度分布;等离子束熔覆层底部为较粗大的等轴晶;中部为胞状树枝晶;熔覆层顶部是较规则的树枝晶;从熔覆层底部到顶层,TiC的粒径和含量呈梯度变化,TiC的形貌由球状过渡到花瓣状、团簇状;涂层的硬度也呈梯度分布。     

K418高温合金多层多道激光熔覆工艺研究

为修复某型涡轮导向器损伤叶片,在K418高温合金基底上自配粉末进行了多层多道激光熔覆试验,优化了工艺参数,分析了熔覆层的显微组织,测试了熔覆层的硬度,研究了激光熔覆修复某型涡轮导向器损伤叶片工艺的可行性。结果表明,当激光功率为730W,保护气流1．5L／min,扫描速度为8mm／s,搭接系数为50％时,可获得宏观和微观上均没有缺陷的熔覆层;熔覆层区组织由柱状枝晶与等轴晶组成,工艺参数影响晶粒大小;激光熔覆层平均显微硬度值为415HV;通过优化工艺参数可达到修复和强化叶片的目的。     

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。     

喷射复合粉飞行燃烧过程中的温度场数值模拟

利用有限元方法,对自反应喷射成形制备Ti(C,N)-TiB2复合陶瓷坯件过程中单个喷射复合粉在火焰场中反应熔融的温度场变化过程进行了数值模拟研究.结果表明:粒径50μm的喷射复合粉粒子沿轴线进入火焰场0.35ms后,粒子表面温度即达到体系的引燃温度,复合粉开始发生自蔓延高温合成(Self-propagation High-temperature Synthesis,简称SHS)反应,此期间复合粉粒子升温速率约为2.82×106℃.s-1.反应开始后,受火焰加热与反应放热双重作用,复合粉粒子的升温速率进一步加快,之后由于复合粉粒子温度升高,超过火焰温度,并由吸热变为向外散热而使升温速率大幅下降(约为1.20×106℃.s-1),复合粉粒子在0.88ms后完成反应并达到最高温度2 920℃.反应结束后粒子由外向内快速冷却,在0.34ms后粒子表面达到复合陶瓷产物的理论共晶熔点2 620℃,之后粒子在一定过冷度下开始凝固,很快完全凝固成为陶瓷颗粒.喷射粒子在反应前、中、后阶段的温度场数值模拟结果与粒径约为50μm的喷射粒子在相应阶段的水淬熄实验结果相符较好.数值模拟结果基本体现了复合粉粒子在喷射过程中历经受热、反应放热及冷却凝固的热过程及相应的温度变化规律.     

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。     

Temperature field and cooling rate of laser cladding with wire feeding

Temperature field and cooling rate are important parameters to influence the properties of clad layer and the heat affected zone. In this paper the temperature field and cooling rate of laser cladding are studied by a two-dimensional time-dependent finite element model. Experiment has been carried out by Nd:YAG laser cladding with wire feeding. Research results indicate that at the beginning of cladding, the width and depth of melt pool increase with cladding time. The cooling rate is related to position, cladding time, cladding speed, and preheating temperature. The temperature near melt pool changes rapidly while the temperature far from melt pool changes slowly. With the increase of cladding time, cooling rate decreases. The further the distance from the melt pool, the lower the temperature and the slower the cooling rate. The faster the cladding speed, the faster the cooling rate. The higher the preheating temperature, the slower the cooling rate. The FEM results coincide well with the experiment results.     

厚壁复合钢板锥体热成形后冷却速度对组织和性能的影响

Q345R＋022Cr19Ni10（94＋4）复合钢板锥体在1030℃加热成形,950℃终止成形后覆层喷水,基层空冷,其基层力学性能试验-20℃冲击韧性不合格,金相检查为网状分布的多边形铁素体＋岛状组织和少量珠光体,晶粒度为9级。重新加热至成形温度浸水冷却,并在700℃回火,获得回火贝氏体组织,结果冲击韧性大幅提高,满足标准和设计要求。     

轧后冷却速率对22mm厚X80M热轧带钢组织和力学性能的影响

通过热模拟试验测定X80M管线钢铸坯的连续冷却转变(CCT)曲线,确定了合理的冷却速率范围;利用2250mm热连轧机组进行工业试制试验,研究了冷却速率(5,15,25℃·s^-1)对X80M带钢显微组织、力学性能和抗落锤撕裂性能的影响,确定了最佳冷却速率;在最佳冷却速率下进行22mm厚X80M带钢的批量生产,研究了其显微组织、力学性能和抗落锤撕裂性能。结果表明:当冷却速率为20~30℃·s^-1时,可得到有利于试验钢性能的由针状铁素体、粒状贝氏体和弥散分布M/A岛组成的显微组织;当冷却速率由5℃·s^-1提高到25℃·s^-1时,工业试制带钢组织中的M/A岛变得细小,分布更加弥散,最佳冷却速率为25℃·s^-1;批量生产X80M带钢的晶粒细小,组织均匀,其抗落锤撕裂性能、拉伸性能和冲击韧性均满足中石油管线采购要求。     

20Cr1Mo1VTiB钢的连续冷却转变行为

采用热膨胀仪测定20Cr1MolVTiB钢在不同淬火温度(9501100℃)下的贝氏体转变点和较佳淬火温度下的连续冷却相变点,结合组织观察和硬度测试绘制连续冷却转变曲线;利用经验公式建立相变点和相转变量与冷却速率的关系,并计算相变激活能。结果表明:随着淬火温度升高,试验钢中贝氏体转变温度降低,较佳淬火温度为1050℃;冷却速率不高于0.5℃·s-1时,过冷奥氏体转变产物为先共析铁素体、珠光体和贝氏体,冷却速率超过0.5℃·s^-1时则为单一贝氏体;相变点-冷却速率和相转变量-冷却速率拟合曲线与试验结果吻合较好,先共析铁素体和贝氏体相变激活能分别为744.8,274.9 kJ·mol^-1。     

稀土Y_2O_3对激光熔覆Al/Fe基合金涂层的影响

采用激光熔覆技术在低碳钢表面制备了Al/Fe基合金涂层。通过Olympus金相显微镜、SEM、EDS和显微硬度测试研究了稀土Y2O3的添加对熔覆层组织结构和显微硬度的影响。结果表明:稀土Y2O3的添加,加剧了激光熔覆过程中的铝热反应,提高熔覆层凝固温度,增大熔覆层及结合区白亮带的厚度。通过与合金元素的交互作用改变了熔覆层中合金元素的分布,使合金元素含量自结合区至熔覆层表层呈增加趋势,细化了晶粒,提高熔覆层整体硬度。同时Y2O3在熔覆过程中可部分代替C的还原作用,减少C的损失,并使C和Cr大量富集于熔覆层表层,极大地提高熔覆层表层硬度。     

冷速对液态Ti_3Al合金快速凝固过程中微观结构变化的影响

采用分子动力学方法模拟研究了不同冷速条件下液态Ti3Al合金的凝固过程。采用对相关函数法、原子团类型指数法(CTIM)对凝固过程中团簇结构的变化进行了分析。结果表明:在以1×1012K/s,1×1013K/s,1×1014K/s三种不同冷速条件下,系统都形成了以(12 0 12 0)基本原子团为主的非晶态结构,冷速对于Ti3Al合金凝固过程微观结构的影响主要是通过(12 0 12 0)基本原子团数目变化体现出来,(12 0 12 0)基本原子团在Ti3Al合金快速凝固过程团簇结构演变中起了主要作用。冷速越低,Ti3Al合金的玻璃态转化温度越低,体统形成的(12 0 12 0)基本原子团数目越多,非晶体的结构越稳定。     

LNG用9Ni钢控轧控冷工艺的热模拟研究

采用Gleeble 3800热模拟实验机测定了9N i钢的CCT曲线,进行不同终轧温度变形试验,分析了不同冷却速度对组织的影响,研究了不同终轧温度与组织、晶粒度、性能的关系。结果表明：轧后冷却速度大于5℃/s为马氏体组织,小于3℃/s为贝氏体组织,9N i钢的终轧温度选择800~850℃,晶粒细小,综合力学性能良好。