变形铝合金激光熔覆工艺研究

为应用激光熔覆法修复涡桨发动机螺旋桨叶腐蚀损伤，利用CO2连续激光器在LYl2基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验。分析了激光功率、扫描速度和光斑直径等工艺参数对熔覆效果的影响，观测了熔覆层的组织特征与性能。结果表明，要获得表面平整、内部无明显缺陷的熔覆层，存在激光功率阈值；熔覆层高度和熔深以及稀释率随激光功率的增加而增大，随扫描速度而降低；熔覆层的宽度主要取决于光斑直径。熔覆层组织为均匀细小的等轴晶，靠近基体界面的位置有较大尺寸的柱状晶存在，晶轴与熔合线垂直，尺寸可达20gm以上。熔覆层的显微硬度在100～110HV之间，较基体降低约30％。     

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%。     

超声振动对激光局部重熔K418高温合金残余应力的影响

为了研究超声振动对激光局部重熔K418高温合金残余应力的影响,采用试验的方法,通过测量不同超声功率下试验件纵向变形量和角变形量,得到了不同功率超声振动下试验件的残余应力变化情况。结果表明:在激光重熔试验件过程中辅加实时超声振动,试验件的残余应力得到释放和均化。在超声振动功率0~45 W范围内,超声振动功率越大对残余应力释放效果越好。     

GH710表面激光熔覆NiCrMoNb组织及耐磨性

为修复某航空叶片损伤,应用CO2激光器进行了GH710表面熔覆NiCrMoNb。分析了熔覆层金相组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的干滑动磨擦磨损性能。结果表明:熔覆层和基体呈现良好的冶金结合,白亮结合带宽度为10~20μm;熔覆层组织由粗大疏松的柱状晶过渡为细小、致密的枝晶,在熔覆区最外层基本为网状晶格。柱状晶晶轴与熔合线接近垂直,其宽度能够达到8~12μm,轴向长度达到50~60μm。网状晶面积大约在2μm×5μm~4μm×8μm之间;熔覆层、结合带、基体硬度成明显的阶梯状分布。熔覆层显微硬度最高达到450 HV,比基体高出40%~50%;熔覆层的磨损量大约为基体磨损量的50%~55%,以磨粒磨损为主,黏着磨损为辅。     

K418镍基高温合金多层激光熔覆

由于单层激光熔覆修复的厚度有限,无法满足深度损伤的修复.因此试验了YAG激光K418镍基高温合金多层熔覆的可行性.采用自配的镍基合金粉末,在工艺参数为电流160 A、脉宽8 ms、频率4 Hz时,用激光熔覆能够实现对K418镍基高温合金损伤结构的多层修复,获得了表面平整、连续,微观组织细密、均匀,与基体呈良好冶金结合,硬度高于基体,无缺陷的熔覆层.     

钛基梯度功能耐磨涂层激光制备

为改进钛合金的耐磨性能,开发在高温环境、大温度落差条件下使用具有热应力缓和功能的新型涂层,应用激光技术在钛合金表面制备了钛基梯度功能耐磨涂层,分析了梯度层宏观形貌和微观组织,并测试了各主要元素梯度变化规律.结果表明,梯度层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合线区宽度10～20μm.随着氧化铬含量的改变,各梯度层微观组织均发生变化.各层之间过渡缓和自然,平行间距均为0.3mm.第一层以等轴晶为主,第二层绝大多数为细化的球状、块状颗粒和少部分树枝状晶粒,第三层以枝晶为主.各元素SEM线扫描分布规律和理论设定规律总体趋势一致,符合梯度规律变化的理论要求.     

定向凝固Ni基熔覆涂层热震行为

采用激光熔覆定向凝固技术修复损伤定向凝固涡轮叶片,研究熔覆层在1000℃高温下的热震性能.自配粉末l和粉末2制备熔覆层进行对比.热震实验结果表明:粉末2熔覆层抗冷热冲击性能优于粉末1熔覆层;366次热震实验后,粉末1熔覆层组织开裂,基本剥离基体,熔覆层失效;404次热震实验后,粉末2熔覆层部分剥离基体,熔覆层内部分布着细小的裂纹,多数裂纹平行于结合带方向,熔覆层失效;熔覆层失效首先是由于熔覆层与基体结合带产生裂纹;熔覆层内部产生裂纹大多产生于层与层之间的过渡区域;为提高涂层抗冷热冲击性能,应减小熔覆层与基体的热膨胀系数差异,采用合适的工艺参数,减小层与层之间的横向应力,保证多层熔覆层之间的良好过渡.     

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。     

激光同轴送粉喷嘴射流场研究

激光同轴送粉喷嘴是激光直接制造系统中核心部件之一,喷嘴的保护气体流场对金属粉末的流动和零件材料的性能影响较大.研究应用粒子图像测速(PIV)技术测量激光同轴送粉喷嘴轴截面保护气体的流场,并对此进行了相应的计算与分析.结果表明,喷嘴三个喷口之间的壁厚对喷嘴附近的流场影响较大,促使喷嘴喷口处产生两对对称旋涡,不利于粉末的输送和聚焦.喷嘴的三个喷口的喷出气流速度一致时,速度界面的湍流扩散和动量交换较小,将产生一个有利于输送金属粉末的稳定流场.     

TC2钛合金Nd:YAG激光焊接工艺及微观组织

为修复飞机TC2钛合金结构裂纹,应用YAG激光器进行了TC2钛合金的焊接实验。利用扫描电镜(SEM)和电子显微硬度仪分析了工艺参数对焊缝形貌和焊缝截面显微硬度的影响。结果表明:随着电流的升高,焊缝的熔宽逐渐增加,焊缝截面形貌由钉型向X型转变;随着焊接速度的增大,焊缝的熔宽呈减小趋势。采用电流150A、脉宽10ms、频率4Hz、焊接速度2.0mm/s的工艺参数可获得宏观质量良好的焊缝。焊缝熔合区可能为针状马氏体α′交织成的网篮组织;热影响区为75μm左右的环形带,其组织可能是由等轴的α相和针状马氏体组成,靠近熔合线部分较之远离熔合线的区域针状马氏体数量更多且更加密集,靠近熔合线区域有逐渐减弱的再结晶,再结晶尺寸明显大于基材;焊缝截面的显微硬度呈明显的阶梯状分布,基材的硬度在310～350HV0.5之间,熔合区的硬度在500～600HV0.5之间,熔合区硬度相对于基材提高了60%左右。