发动机用Ti600钛合金激光送丝熔覆参数优化及性能表征

为了改善发动机用Ti600钛合金表面性能,采用激光送丝熔覆工艺对其表面进行加强,并通过实验测试方法对熔覆工艺参数进行了优化。经过综合考虑确定参数范围:200 W激光功率、1.4 mm/s扫描速率、5 mm/s送丝速度。组织性能得到:最优参数下熔覆层在底层熔覆组织中形成了胞状外形的晶粒,中间由许多细长柱状晶组成,上部存在许多细小的等轴晶。热影响区形成了片状结构的马氏体组织,有许多残留的奥氏体结构。硬度测试得到:熔覆层的硬度最大,其次为热影响区,硬度最低的是基体区域,硬度变化范围介于720～910 HV之间。随着温度上升,热影响区硬度也表现为正比提高的现象,激光送丝熔覆能够对晶体缺陷起到一定的修复效果。     

耐磨耐蚀Fe基激光熔覆层的组织和性能研究

目的 采用同步送粉激光熔覆技术制备兼具耐磨与耐蚀性能的Fe基熔覆层,获取熔覆层的物相组织、硬度与耐蚀性,并研究热处理对熔覆层性能的影响。方法 采用Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末,在304不锈钢基体上制备Fe基耐磨耐蚀熔覆层,并模拟淬火加高温回火的热处理工艺,进行熔覆层热处理试验。采用XRD、SEM表征熔覆层的物相组成和微观组织,采用显微硬度计测试熔覆层的硬度,通过极化曲线和阻抗谱对熔覆层的电化学腐蚀性能进行测试。结果 所制备的激光熔覆层同基体具有良好的冶金结合,熔覆层物相包含奥氏体g相、马氏体α''相和Cr23(C,B)6相。熔覆层的微观组织为亚共晶结构,由尺寸细小的树枝晶和枝晶间层片状共晶组织构成,热处理后还形成了大量微纳尺度的析出相。激光熔覆层的硬度相对于基体硬度提高了2.5~2.7倍,热处理后试样最高硬度达521.4HV。激光熔覆层的自腐蚀电位为−0.428 V,腐蚀电流密度为1.41×10⁻⁵ A/cm²,热处理后的熔覆层自腐蚀电位降低,腐蚀电流密度增大,阻抗值明显减小,耐蚀性降低。结论 利用激光熔覆Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末可制备致密、无缺陷的Fe基熔覆层,细晶强化以及大量硬质共晶组织的存在使熔覆层的硬度得到显著提升。高Cr、Ni含量保证了熔覆层具有良好的耐蚀能力,淬火加高温回火的热处理工艺使熔覆层的硬度提升,但耐蚀能力有一定程度的下降。该Fe基熔覆层在耐磨耐蚀涂层技术领域具有较好的应用前景。     

基于PSO–BP–GA混合算法的激光熔覆工艺多目标优化

目的 为了提高镍基高温合金熔覆涂层的综合质量,提出了一种基于PSO–BP–GA混合算法的激光熔覆工艺优化方法。方法 选取工艺参数（激光功率、扫描速度、送粉速率）为优化变量、熔覆层质量（稀释率、显微硬度、热影响区深度）为优化目标,根据正交试验结果建立PSO–BP神经网络预测模型,采用线性加权法和层次分析法建立熔覆层质量的综合评价体系,结合GA算法探寻综合质量最优的工艺参数组合。结果 PSO–BP神经网络模型预测值与试验值之间的相对误差不超过6%,最优工艺参数组合如下：激光功率为2 158 W、扫描速度为10.4 mm/s、送粉速率为2.9 r/min,其熔覆层稀释率降低了70.4%、显微硬度增大了25.4%、热影响区深度减少了41.8%。结论 该算法为制备出高性能镍基高温合金熔覆涂层提供了一定的参考与借鉴。     

基于响应面的装备零件再制造激光熔覆工艺参数优化北大核心CSCD

为了优化装备零件再制造激光熔覆工艺参数,提高熔覆层的质量,选取激光功率(A),送粉量(B),扫描速度(C)为优化变量,将熔覆层高度(H)和宽度(W)作为响应指标,基于响应面分析法,利用Design-Expert软件设计中心复合实验,对实验结果进行方差分析,建立工艺参数相对于响应指标的回归预测模型。通过分析建立的摄动图与3D响应面,结果表明:激光功率与送粉量对于熔覆层高度和宽度的影响最为显著,同时送粉量与扫描速度、激光功率与送粉量的交互作用分别对于熔覆层高度和宽度有显著影响。装备零件再制造激光熔覆的最优工艺参数为:激光功率3.94 k W,送粉量60 g/min,扫描速度4mm/s。     

基于响应面的装备零件再制造激光熔覆工艺参数优化

为了优化装备零件再制造激光熔覆工艺参数,提高熔覆层的质量,选取激光功率(A),送粉量(B),扫描速度(C)为优化变量,将熔覆层高度(H)和宽度(W)作为响应指标,基于响应面分析法,利用Design-Expert软件设计中心复合实验,对实验结果进行方差分析,建立工艺参数相对于响应指标的回归预测模型。通过分析建立的摄动图与3D响应面,结果表明:激光功率与送粉量对于熔覆层高度和宽度的影响最为显著,同时送粉量与扫描速度、激光功率与送粉量的交互作用分别对于熔覆层高度和宽度有显著影响。装备零件再制造激光熔覆的最优工艺参数为:激光功率3.94 k W,送粉量60 g/min,扫描速度4mm/s。     

单道激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸预测

目的 准确预测激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸。方法 以送粉速率、扫描速度和激光功率为试验变量,以熔覆层的宽度和高度为评价指标,结合中心复合试验设计方法进行试验设计,开展单道激光熔覆试验,探究工艺参数对单道熔覆层尺寸的影响规律,并建立以工艺参数为输入、熔覆层尺寸为输出的BP神经网络模型,利用粒子群算法对BP神经网络模型进行优化,对比分析优化前后模型的预测效果。结果 激光功率对熔覆层宽度的影响最显著,其次是扫描速度,最后是送粉速率;扫描速度对熔覆层高度的影响最显著,其次是激光功率,最后是送粉速率;粒子群算法优化BP神经网络预测模型对熔覆层尺寸的预测精度较高,熔覆层宽度和高度的测量值和预测值之间的平均相对误差分别为4.238%和2.910%。结论 研究成果可以为激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸的调控和预测提供参考。     

激光熔覆工艺参数对MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层组织和性能的影响

为了提高工具铜的重复使用寿命,通过激光熔覆技术在高速钢表面成功制备了MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM/EDS)、显微硬度计等设备,探究了激光功率、激光扫描速率对高熵合金涂层显微组织和硬度的影响规律.结果 表明:当激光功率较小时,熔覆层较浅,熔覆层表面出现起球、孔洞等缺陷;随着激光功率的增加,涂层表面形貌更加平整均匀,涂层显微组织由胞状枝晶和颗粒状组织组成,涂层显微硬度先增加后减小.随着激光扫描速率的增加,熔覆层成型质量变差,但涂层组织更加细小均匀,涂层显微硬度逐渐提高.较优的工艺参数为激光功率2.6 kW、扫描速率4 mm/s.     

Ni基WC合金3D激光熔覆工艺研究

以正交实验规则设计3D激光熔覆试验来研究不同工艺参数对熔覆指标的影响,实验表明,WC添加量对熔覆层硬度、抗磨性影响最大,激光功率影响稍次之,激光扫描速度影响次之,送粉速度影响最小。对熔覆层组织分析表明,随WC添加量增多,更易生成CrB、W2B等硬质相,未分解的WC颗粒也越多,粘结相Ni枝晶越细小。激光熔覆Ni基WC合金涂层表面摩擦磨损特性表现为以磨粒磨损为主,塑性变形、粘着磨损和磨粒磨损相结合。     

扫描速度对45钢表面Ni基TiC激光熔覆层性能的影响

TiC陶瓷相韧性好、润湿性好、热化学稳定性高、耐磨性好,在激光熔覆温度下几乎没有脆性第二相生成,是理想的增强相,但目前对其加入Ni基合金粉末进行激光熔覆的研究较少。在TLF3200TM三维激光焊接机上以不同的扫描速度在45钢表面激光熔覆Ni基TiC复合粉末,采用扫描电镜观察熔覆层形貌,采用硬度计测试熔覆层的硬度,采用磨损试验测试其耐磨性,采用极化曲线分析其耐蚀性,研究了扫描速度对激光熔覆层显微组织和性能的影响。结果表明:不同扫描速度得到的激光熔覆层组织均由熔覆区、界面结合区和基底热影响区组成;当扫描速度为5 mm/s时,熔覆层组织中细小的TiC颗粒均匀、弥散分布于熔覆区和热影响区,熔覆层磨损率最低为0.12 mg/mm2,维钝电流密度最小,为0.008 mA/mm2,钝化区间最大,为0.65 V,耐磨及耐蚀性最佳。     

45钢表面Ni基激光熔覆层的耐蚀性能

为改善45钢表面的力学性能和耐蚀性,在相同功率下采用不同扫描速率在其表面激光熔覆制备了Ni基(Ni35A)复合涂层。利用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电化学腐蚀测试系统对熔覆试样进行组织形貌、相组成、显微硬度和耐蚀性能分析。结果表明:熔覆试样由熔覆层、结合区和基体3部分组成;熔覆层组织细密并与基体冶金结合,扫描速率过大时易形成裂纹;熔覆层主要由FeNi3和Ni3B相组成,不同速率所得熔覆层显微硬度均超过400 HV;扫描速率为500 mm/min时熔覆试样自腐蚀电位提高了40 mV。     

Effect of process parameters and niobium carbide addition on microstructure and wear resistance of laser cladding nickel-based alloy coatings

Based on the background of the engineering application of automobile mold repair and surface strengthening, the effects of process parameters on the formation and microstructure of laser cladding nickel(Ni)-based alloy coating were studied. The optimal parameters were: laser power 2000 W, powder feeding rate 15 g/min, scanning speed 4 mm/s. Under this process, the cladding layer and the substrate can exhibit good metallurgical bonding, and the cladding layer has fine crystal grains and a low dilution ratio. On this basis, different mass fractions of niobium carbide (NbC) powder were added to the nickel-based powder and laser cladding was carried out on the surface of die steel. The phase composition, microstructure, hardness and wear resistance of the coating were studied. The results show that with the increasing of niobium carbide addition, the hardness of the cladding layer decreases, and the wear loss of the cladding layer decreases first and then increases. When the niobium carbide addition reaches 6 wt.%, the wear loss of the cladding layer is the least, and the wear resistance is the best.     

45钢表面激光熔覆CoCrNi中熵合金涂层组织与性能

为探究CoCrNi中熵合金在激光熔覆领域中的应用,以CoCrNi合金粉末作为熔覆粉末,在45钢表面采用同轴送粉法制备合金涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、摩擦磨损实验机和电化学工作站等设备研究了熔覆层微观组织、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果表明：熔覆层成形良好,组织均匀致密,组成相主要为FCC单相固溶体;熔池与基体交界处为平面晶,底部靠近中心为柱状晶,顶部分别为胞状晶和等轴晶,3种元素在熔覆层深度方向上的比例几乎相同;熔覆层平均硬度为250HV,摩擦系数、磨损量较基体分别降低了11.7%和36.7%;自腐蚀电流密度略有降低,CoCrNi熔覆层的钝化区域为-150到1 100 mV,表明熔覆层显著提高45钢的耐腐蚀性能。     

316H堆焊UNS N10003合金参数优化、组织和硬度的研究

研究异种合金焊接可以降低熔盐堆结构材料的成本并确保其安全性,本文采用钨极氩弧焊(GTAW)工艺,在316H不锈钢表面堆焊一层耐高温熔盐腐蚀的UNS N10003合金,优化了焊接工艺参数,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、维氏硬度计等研究了堆焊层及界面的形貌、组织和硬度,为进一步研究多层、多道堆焊提供理论依据。研究结果表明:当电流一定时,稀释率随送丝速度的增加而减小,堆焊层高度随送丝速度的增加而增加,当送丝速度一定时,改变电流大小,堆焊层高度的变化范围为0.2~0.5 mm。堆焊层界面处可以细分为对流混合区(WM)、非对流混合区(UZ)和热影响基体区(BM)。堆焊层主要为奥氏体组织,在WM区有大量富Mo的M2C碳化物析出,UZ区的析出相主要是δ铁素体;316H基体区和WM区硬度分别为(160±10)HV和(202±11)HV,在γ基体的枝晶界上分布着尺寸细小的骨架状碳化物导致WM区硬度升高。     

多道搭接激光熔覆NiCrBSi合金层组织及性能

为了改善40Cr钢的表面状态,拓展其应用范围,采用CO2激光器及LASERCELL-1005六轴六联动三维激光加工机床在40Cr钢表面多道搭接激光熔覆了NiCrBSi合金粉末,利用扫描电镜、金相显微镜、磨损试验机、盐雾试验机等对熔覆层的组织及性能进行了研究.结果表明:激光熔覆层由熔覆区、结合区和热影响区3部分组成.多道...     

镁合金激光选区熔化研究进展

镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车制造、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。激光选区熔化成形镁合金具有高效的制备性能、良好的成分均匀性、优异的力学性能和耐腐蚀性能,因此激光选区熔化成为一种重要的镁合金制备和改性方法。对近几年激光选区熔化镁合金的研究进展进行了综述,从激光工艺参数(激光类型、体能量密度、激光功率、扫描速度、扫描模式、层厚、扫描间距、气氛控制与进粉速度)和粉体状态(粉末形状、粒径分布、粉末对激光束能量吸收率、粉末化学成分)2个方面讨论了该工艺的关键技术;按照纯镁、非稀土镁合金体系、稀土镁合金体系的分类,对激光选区熔化成形镁及镁合金的致密度与微观结构、力学性能与耐腐蚀性能进行了总结;分析了工艺参数与合金成分两方面对该工艺成形镁合金缺陷的影响。为减少激光选区熔化成形镁合金缺陷、均匀化晶粒、溶解硬脆二次相或析出强化相进而改善合金的结构与性能,许多研究对激光选区熔化成形镁合金进行了热等静压、固溶热处理和时效热处理,总结了上述处理方式对AZ体系、WE体系与Mg-Gd体系镁合金的改善效果。最后展望了激光选区熔化成形镁及镁合金在各领域的应用前景与未来可以进行研究的方向。     

铝合金表面激光熔覆铜镍合金涂层的组织、硬度与耐蚀特性研究

为提升铝合金材料的耐蚀性能,探究铝合金与合金熔覆层间的结合机理,本文利用激光熔覆技术在5083铝合金表面制备了不同Ni含量的铜镍合金熔覆层,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、硬度测试与电化学性能测试技术,分析了不同Ni含量的铜镍合金熔覆层相组成与组织形貌、铜镍合金熔覆层与铝合金基体的界面组织形貌,绘制了铝元素扩散曲线,分析了海水腐蚀过程中铜镍合金熔覆层的极化曲线。实验结果表明：所制备的铜镍合金熔覆层形貌良好无缺陷,熔覆层由网络状枝晶组成。对合金熔覆层进行XRD分析发现熔覆层主要由AlNi₃与CuNi两相组成。结合SEM、EDS分析,发现合金熔覆层的网络状枝晶为富铝相,即AlNi₃,晶间相为CuNi相。在硬度测试中,由于AlNi₃硬质相的生成,熔覆层硬度得到了提升且随着铝的向上扩散呈现一定的规律,电化学检测结果表明,铜镍合金熔覆层具有比5083铝合金更高的自腐蚀电位和较小的自腐蚀电流密度,可以有效提升5083铝合金在海水环境中的耐蚀性。     

钛合金表面激光熔覆TiC/NiCrBSi涂层温度场有限元模拟

为在钛合金表面获得优质激光熔覆涂层,用有限元方法研究了激光熔覆工艺对熔池温度场分布和凝固后熔覆层组织的影响,考虑相变潜热、辐射对流散热以及温度对热物理性能的影响等因素,建立三维有限元模型模拟了Ti6Al4V合金表面激光熔覆TiC/NiCrBSi复合涂层过程中的温度场,并结合熔覆过程的温度场分布,对涂层的形貌、结合区、基...