Fe314合金激光熔覆层的应力分布规律

研究熔覆层应力分布规律对控制裂纹萌生及提高抗疲劳和抗腐蚀等性能至关重要。利用Nd∶YAG固体激光器在45钢基体表面制备了厚度约5mm的Fe314激光熔覆层,利用X射线衍射应力测定仪对熔覆层表层不同位置及其沿深度方向的应力分布情况进行分析,利用金相显微镜观察熔覆层显微组织,利用维氏硬度计对熔覆层硬度分布规律进行分析。研究结果表明:平行激光扫描方向的熔覆层表面应力最大值出现在熔覆层边缘,约为290MPa;垂直激光扫描方向的表面应力最大值出现在熔覆层中心,约为230MPa,由中心向边缘递减,并逐渐由拉应力转变为压应力;深度方向上,平行激光扫描方向的应力随熔覆层深度增加先保持平稳后不断增大;垂直激光扫描方向的应力随熔覆层深度增加而增大;应力分布主要受热累积效应影响,熔覆层具有与热累积效应对应的金相结构,熔覆层硬度范围为380～450HV0.3,略高于基体。     

微小型飞行昆虫降落/起飞过程微牛级接触力测试系统设计

现阶段微小型仿生飞行器降落/起飞过程的机动灵活性与仿生原型存在差异,降低了其作业过程的安全性与应用范围的普遍性,无干扰状态下仿生原型降落/起飞过程接触力的精确表征是解决该问题的必要前提。为此设计了微小型飞行昆虫降落/起飞过程微牛级接触力测试系统,以碳纤维弹簧T300为接触力的感知器件并对其标定获取接触力-挠度-接触点位置的数学方程(拟合优度R²=0.979),选用高帧数摄像机记录微小型飞行昆虫在碳纤维弹簧降落/起飞过程的图像信息。选用苍蝇(Musca domestica)进行了接触力测试系统的运行调试,采用基于Matlab编写的图像分析处理程序提取碳纤维弹簧挠度、接触点位置等信息,计算求解接触力并进行修正以消除碳纤维弹簧重力的影响,结果显示苍蝇降落/起飞过程的接触力介于0.121～0.772 mN,为其体重(17.38 mg)的0.71～4.53倍。对于所设计的接触力测试系统,分辨力可达0.001 mN,并从模拟/实际标定、挠度精准获取、接触力修正、降落/起飞过程无干扰等4方面来提升准确度。研究结果为微小型飞行器仿生原型运动行为的定量、准确表征提供了可借鉴的技术与...     

灰铸铁件激光熔覆NiCuFeBSi合金的气孔行为

通过对比分析45钢与HT250两种基体成形熔覆层内气孔形态,研究了熔覆层内气孔气体类型、分布规律以及影响因素.结果表明,熔覆层内气孔气体为CO,由石墨和氧或氧化物反应生成,气孔形状不规则、具有棱角状特征.气孔上浮形式并非垂直上浮,而是弥散式上浮.熔池内部强对流是影响气孔分布的内在因素.气孔运动幅度取决于熔池对流加速度,熔池温度越高,熔池表面张力梯度也越大,熔池对流的加速度越大.激光熔覆工艺是影响气孔分布的外在因素,适当降低激光功率和扫描速度、提高灰铸铁预热温度可有效消除熔覆层气孔缺陷,降低孔隙率.     

低功率激光辐照对弯曲成形件表面残余应力的影响

目的 针对航空铝合金构件维修加工后存在残余拉应力,进而影响部件使用寿命的难题,研究一种基于低能量输入激光辐照消减构件表面残余应力的方法.方法 采用激光辐照材料残余应力集中区域,通过激光热作用诱导弹性内能转化为塑性功,从而降低残余应力.为了验证该方法的可行性,对2A12铝合金试样进行四点弯曲加载,通过不均匀塑性变形产生残余应力,再通过激光扫描应力集中区域诱导表面残余应力局部释放.结果 采用X射线衍射法测量表面残余应力的结果表明,激光扫描后,试样表面的残余拉应力完全消除,当激光功率增大到95 W时,残余应力可以消除77％左右.通过理论分析和微观形貌对比,发现材料在激光辐照前后并没有相变.通过分析材料Al(311)晶面X射线衍射峰半高宽的变化,发现激光辐照使材料表面位错密度下降,随着激光功率增大,位错密度下降幅度增大,这也是残余应力降低的原因之一.结论 在不改变材料微观组织的前提下,采用低功率激光辐照可以显著降低材料表面残余应力分布.     

激光熔化沉积成形过程数值模拟研究现状

激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)技术具有效率高、成本低、成形件性能优异等优点,成为零件修复和大尺寸构件制造的有效方法.然而,金属LMD成形是金属粉末、激光束和基体三者相互作用的一个多因素耦合过程,涉及流动熔池、快速非平衡凝固、固态相变以及复杂的温度和热应力演变.预测熔池流动情况、凝固规律以及温度应力的演变规律,对于成形试样的气孔、裂纹等缺陷控制,微观组织、力学性能和应力变形调控具有重要意义.数值模拟是一种经济、快捷的工具,对于LMD成形过程的粉末流动预测、熔池变化预测、组织预测、温度观测以及冷却后的残余应力和变形预测具有重要意义.近几年,LMD数值模拟研究已经涉及以上几个方面,但研究深度各不相同.针对温度场的研究,主要集中于建立不同的热源模型,探讨沉积过程的温度演变及工艺方案的影响规律.针对应力场的研究,以探索工艺方案的影响规律和应力消除方法为主.研究流场则以熔池流动和粉末流动为主.微观组织模拟考虑熔池流动对宏观温度场及熔池形状的影响,采用定向凝固的生长条件,可以确定枝晶一次间距等凝固信息.本文主要从温度场、应力场、流场、微观组织等几个方面总结了金属激光熔化沉积数值模拟的研究现状,并提出了其存在的问题和预发展的方向.     

FV520(B)钢叶片激光再制造动态形变规律及试验优化

针对体积损伤压缩机叶片的激光再制造成形形变控制难题,采用有限单元"生死"控制方法,模拟脉冲激光优化工艺下成形过程,获取成形形变动态历程及规律,优化了脉冲激光成形工艺并采用IPG光纤激光再制造系统开展了叶轮激光再制造成形试验.采用Power Scan II型蓝光三维反求测量仪精确测量了再制造成形形变尺寸,验证了有限元分析结论的正确性.试验结果表明:增加首末两成形层之间时间间隔,可控制整体形变在1 mm以内,热影响区形变控制在0.280.50 mm以内,经机械加工后尺寸误差精度不超过0.02 mm,角度误差精度不超过0.03°,验证了脉冲激光工艺的优化性,为叶片类部件再制造成形提供工艺参考.     

Residual stress modeling of thin wall by laser cladding forming*

The residual stress generated in the laser cladding could lead to undesirable distortions or even crack formation.In order to better understand the evolution/yielding process of stress field,a 3D finite-element thermo-mechanical model was established for the laser cladding formation of thin wall with the 17 －4PH powder on the FV520(B)steel.The temperature field was firstly analyzed,based on which the stress field and strain field of the laser cladding forming process were analyzed.In order to validate the prediction,the final residual stress field in the obtained thin wall was tested by X－ray diffraction in comparison with the predicted results.     

激光熔覆-活化屏等离子体复合处理层耐磨性能研究

为了研究激光熔覆层性能对活化屏等离子体氮化处理层耐磨性能的影响,采用两种铁基合金粉末(Fe90和Fe314)在45钢基体表面进行激光熔覆,然后进行等离子体氮化复合处理,测试涂层干摩擦条件下的磨损性能。研究结果表明:复合处理后,Fe90激光熔覆层的硬度由750HV提高到1350HV,Fe314激光熔覆层的硬度由540HV提高到927HV;在相同载荷(30N)下,Fe90复合处理层的耐磨性提高到1.2倍,而Fe314复合处理的耐磨性降低为原来的42%;复合处理耐磨性能提高的关键在于激光熔覆层与氮化层的合理搭配,熔覆层能够提供足够的支撑。     

预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响

采用CO2激光器在HT250基体上分别以不同预热温度制备NiCuFeBSi合金熔覆层,研究基体预热温度对白口组织控制、结合界面元素分布及抗拉强度的影响。结果表明:提高预热温度,有利于降低半熔化区白口化趋势,白口组织呈断续分布,但也导致熔覆层稀释率增大,更多基体Si,P杂质元素稀释进入熔池形成杂质相。拉伸实验表明:熔覆层抗拉强度远大于HT250,熔覆层断裂机制为解理与准解理混合型断裂。观察发现NiCuFeBSi合金激光熔覆层凝固后晶粒内部存在大量位错线并交叉缠结形成亚结构,进一步细化了晶粒,有利于提高熔覆层的强度与性能。最终获得NiCuFeBSi合金熔覆层在HT250基体上的最佳温度为室温30℃。