铸铝激光熔融处理后的组织与性能

应用光学和电子显微镜及显微硬度计研究了铸造Al-Si合金经激光表面熔融处理后的组织和性能。指出,组织分熔化区、过度区和基体三层。在熔化区中树枝状先共晶α相的平均宽度由原始组织的20～40μm细化到2～3μm,同时共晶组织也被大大细化。这些变化使显微硬度值由67.4提高至109～115.     

激光功率对铸铁表面熔化处理后性能的影响

本文叙述对激光熔化铸铁表面处理后的试样进行的显微组织形貌、显微硬度、耐磨和耐酸碱腐蚀性等方面的测试和分析,并对熔池深度和激光功率的关系进行了研究。     

激光熔覆复合涂层组织性能研究

研究了TC4合金表面激光熔覆WC-12Co/NiCrAlY复合涂层后熔覆层的组织结构、显微硬度、熔覆层深度等。实验结果表明,激光熔覆层在组织结构上分为熔化区、结合区、热影响区。由于涂层中不同部位成分、温度分布及冷却速度不同使初生相呈树枝状、块状、花瓣状及颗粒状等几种形态;实现了涂层与基体的良好冶金结合,熔覆层最高硬度可达1100 HV。利用SEM观察、显微硬度测试等分析手段,研究了激光功率、扫描速度、涂层成分、涂层厚度对熔覆层的显微硬度、熔覆层深度影响。结果表明:在其它条件不变时,随着能量密度的增加,熔覆层的显微硬度下降;随着涂层成分中WC-12Co相对含量的增加,熔覆层的硬度增加,但熔覆层的深度减小;激光能量密度大小对熔覆层中熔化区的深度有较大影响;随着涂层厚度的增加,熔化区的深度在减小。     

第七届全国激光学术报告会论文摘要

A组 A01 高磷铸铁的激光处理对抗空蚀性的影响华中工学院激光所李再光郑启光李家镕 王汉生海军后勤部装备所北海室胡伟光梁栋海军4808厂田鸿业王茂梁本文企图探讨用大功率连续CO_2激光处理柴油机缸套外壁以提高其抗空蚀性。为此用激光处理重180柴油机缸套材料(高磷铸铁)的空蚀试件,并将处理后的试件进行磁致伸缩振动试验。采用两种不同的处理方法:激光表面相变硬化和激光熔化-凝固。结果表明在相变硬化处理时,材料表面得到0.4mm左右厚的淬火马氏体组织,显微硬度在Hv500以上。当采用熔化-凝固处理时,表面可得一层深度大于0.5mm的极细的莱氏体共晶组织,显微硬度值     

低碳钢表面激光相变硬化研究

为了研究不同激光功率及不同的冷却条件下,激光相变硬化处理对低碳钢表面性能和组织的影响,采用激光表面相变硬化方法,在低碳钢表面获得了比原先母材硬度高100HV～150HV的硬化层,采用金相显微镜分析了激光处理区的组织,且用显微硬度计测量了单道扫描时的纵向和横向的硬度分布.研究发现,激光作用区主要是低碳板条马氏体与未转变的索氏体甚至屈氏体、回火索氏体组织.搭接区组织均为细小的马氏体及中间分布着索氏体组织;由于10CrNiMo钢含碳量较低和碳扩散系数不同的原因,其最高硬度层并未在表面形成,而是形成在次表层.在软化区,前一道扫描形成的马氏体受到回火作用,原先固溶在马氏体中的碳析出,形成了回火索氏体,降低了硬度.结果表明,激光相变硬化工艺可以将10CrNiMo钢的表面硬度提高100HV～150HV左右,且表面保持很好的韧性,若想进一步提高其表面硬度,还需采取熔覆等其它工艺.     

球铁表面激光重熔层及各物相区结合界面附近的相变特性

采用光学显微镜和扫描电子显微镜对球墨铸铁激光表面重熔和淬火的显微组织形成进行详细分析,研究了激光快速加热和冷却过程中的相变特性和原始物相加热状态之间的关系。发现在激光重熔处理后的熔合区附近的过热区,产生了较细小的“巍氏组织”,观察到了在奥氏体晶粒内部直接形核的铁素体。分析了C、Fe原子在石墨和铁素体界面间可以互扩散的条件,证明了C原子向铁素体中的扩散可以在固态中进行,Fe原子向石墨中的溶入只有在形成液相时才能进行,当石墨中扩散一定量的Fe元素之后,冷却时会导致石墨区域的变异。提出铁素体基球墨铸铁激光淬火后的马氏体可能是由过饱和的δ-铁素体直接转变而来的过饱和的α-铁素体(马氏体),没有中间的γ-奥氏体状态出现的观点。指出球墨铸铁经过激光表面重熔或淬火处理后,由于快速加热和快速冷却,所获得的相应的显微组织细小,重熔后的表面层显微组织为离异共晶白口铸铁显微组织,其物相够成Fe_3C+马氏体的混合组织。重熔后能获得球墨铸铁与白口铸铁的复合材料。     

激光熔覆制备Stellite6涂层的组织与性能

基于激光熔覆同轴送粉技术,在2Cr13不锈钢表面制备了Stellite6合金涂层,研究了工艺参数对涂层宏观形貌的影响,分析了涂层的显微组织和显微硬度。研究结果表明:在激光功率为2.5 kW,扫描速度为5 mm/s,送粉速率为13.2 g/min,搭接率为38 %时,可获得平整无缺陷的Stellite6涂层。熔覆层可分为一次熔化区、道间重熔区和层间重熔区。熔覆层的组织主要由胞状晶和树枝晶构成;相比于一次熔化区,道间重熔区和层间重熔区的组织较为粗大。通过合理调整道间停留时间和层间停留时间,可使熔覆层周期性循环组织中的一次熔化区的组织占比从54.9 %提升至73.1 %,从而提升熔覆层的整体硬度。     

激光表面重熔300M超高强度钢的组织及腐蚀行为

采用光纤激光器对300M超高强度钢进行激光表面重熔处理,分析了不同激光功率和扫描速率下重熔表面的显微组织、硬度以及电化学腐蚀行为。结果表明:表面重熔区域的显微组织主要由马氏体以及残余奥氏体组成;扫描速率越大,显微硬度越高,显微硬度的均值约为704HV;激光重熔后,材料表面的自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度下降;在激光功率为300W和扫描速率为33mm/s条件下得到的重熔层的耐蚀性最好。     

基体材料对NiCrBSi激光熔覆层组织及硬度的影响

在TC4合金和60^#钢表面进行了激光熔覆NiCrBSi涂层的试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对激光熔覆层的组织、成分和物查进行了分析,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区、基体热影响区三个区域。在TC4合金表面熔覆区中出现了TiB2、TiC等新相,其显微硬度在HV900－1100之间,明显于60^#钢表面熔覆区的显微硬度（HV800－900）。     

激光熔覆钴基合金涂层的组织结构

利用5kWCO2连续激光器在16Mn钢表面进行激光熔覆钴基合金涂层，研究了激光覆合金涂层的显微组织形貌，相结构以及显微硬度。激光熔覆涂层可分为三个区域：熔化区（合金层）结合区及基材热影响区。合金涂层由γ-Co枝晶及其间的共晶组织组成，合金涂层的主要组成相为γ-Co和（Cr,Fe)7^C3。     

TC4表面激光熔覆TiC和TiC-NiCrBSi涂层的微观组织研究

采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备TiC和TiC-NiCrBSi涂层,研究了激光熔覆层的微观组织和硬度。结果表明,在TiC激光熔覆层中,表层(熔覆区)大部分TiC颗粒发生了熔化并以树枝晶形式结晶,底层(稀释区)TiC颗粒向钛合金中溶解并以树枝晶形式沉淀析出。随激光比能的增加,基底钛合金的稀释作用增加,熔覆层的硬度降低。在TiC-NiCrBSi激光熔覆层中,熔覆区中的TiC颗粒向Ni基合金中溶解并以细小的球状颗粒和树枝晶形式沉淀析出,随激光比能的增加,TiC颗粒的溶解程度增加。当TiC颗粒的体积分数超过50%时,TiC颗粒出现偏聚现象。TiC-NiCrBSi激光熔覆层的稀释区是Ni基合金和钛合金的混熔区,呈细小的树枝晶形态。     

铝合金激光熔覆Ni-WC涂层的组织及耐磨性

采用５ｋＷＣＯ２激光器，对ＺＡ１１１合金表面的Ｎｉ－ＷＣ等离子涂层进行了熔覆处理。利用ＳＥＭ和Ｘ射线衍射分析了激光层中的组织分布，并对激光处理后的试样进行了耐磨性实验。实验结果表明，激光熔层中的组织以镍铝基的金属间化合物Ａｌ３Ｎｉ，Ａｌ３Ｎｉ２，ＡｌＮｉ和Ｎｉ３Ａｌ为主；ＷＣ颗粒基本在熔区中熔化，在冷却过程中以弥散碳化物形式析出。这些组织的存在使得激光熔层具有很高的硬度，其润滑磨损耐磨性为未经激光处理喷涂层的１．７５倍和Ａｌ－Ｓｉ合金基体的２．８３倍。     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。     

激光表面处理1.6%C超高碳钢的组织与性能

为了研究激光处理后超高碳钢表面组织及性能的变化,采用2kW连续横流CO2激光器对超高碳钢(C的质量分数为0.016)进行了激光处理,采用扫描电镜观察组织和显微硬度计测量深度方向显微硬度值的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了沿深度方向的组织照片和硬度分布曲线。结果表明,激光处理层分为熔凝层、过热层和相变硬化层。熔凝层可观察到胞状树枝晶和离异共晶;相变硬化层组织细小,显微硬度(高达750HV～905HV)高于其它层,是典型的激光淬火组织。随激光功率增大(1000W～1200W),熔凝层中胞状树枝晶和离异共晶增多并细化,马氏体数量减少,各层的宽度、深度均增大,显微硬度降低。这一结果对细化超高碳钢组织和改善其性能是有帮助的。     

激光熔化沉积TC17钛合金光纤激光焊接特性

利用光纤激光对激光熔化沉积TC17钛合金与锻造TC17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,TC17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(HAZ)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。     

灰铸铁缸套内表面Nd:YAG激光NiTi合金化研究

采用预置涂层法对灰铸铁缸套内表面进行Nd:YAG激光NiTi合金化研究,可得到表面平整的激光合金化层。该材质的灰铸铁存在较大的裂纹倾向,在适当的涂层厚度、工艺参数和预热条件下,可获得无裂纹合金化区。激光强化层包括合金化区和淬火马氏体区和二者之间很窄的过热区,其硬度较铸铁基体显著提高;微观组织以亚共晶介稳组织为主。     

材料表面激光强化类别控制的BP神经网络模型的建立

通过试验分析,表明使用不同的激光工作参数,对材料进行激光强化处理,所得材料表面可归为四种类别,即：未相变硬化,相变硬化,表面微熔及表面熔凝。本文建立了激光工艺参数与材料表面强化类之间关系的BP神经网络模型,并应用该模型,对常用于制造农业机械和发动机齿轮、凸轮轴、链轮、曲轴等零件的材料HT300进行激光强化处理试验。结果表明,BP神经网络模型町方便、准确地选择激光丁艺参数,控制材料表面强化类别及下作性能。     

激光重熔A356铝合金表面的力学性能

采用不同的激光功率在A356铝合金表面进行激光重熔试验,分析了重熔层的组织和显微硬度,并采用三点弯曲试验研究了重熔层的力学性能以及重熔层与基体的结合性能。结果表明:与基体相比,激光重熔层的硬度得到了大幅提升;重熔层中的细晶强化及第二相弥散强化提高了重熔层的强度,延缓了重熔层中第一裂纹的发生;重熔层与基板区域具良好的冶金结合能力,界面区域无裂缝;经激光重熔处理的试样表现出了良好的表面力学性能,在1500 W及2000 W激光功率下获得的重熔层与基体间未出现分层现象。     

HS320铝活塞环槽两岸激光表面强化的研究

提高铝活塞环槽表面强度的方法有多种 ,再熔化强化工艺是目前最有发展前途的一种提高铝活塞使用寿命的工艺方法。它是利用等离子弧、氩弧、电子束、激光的高温 ,重新熔化铝合金活塞环槽区一定体积的金属并同时渗入合金元素 ,在活塞环槽区形成铝基新合金 ,它同活塞体形成可靠的冶金结合 ,然后在此环形区车削活塞环槽 ,达到提高铝活塞使用寿命的目的。本文采用横流 5KWCO2激光器对HBS32 0铝活塞环槽两岸直接进行镍基合金粉末激光合金化的试验研究 ,获得了无气孔、裂纹、组织细小均匀的合金化层。SEM研究表明合金化层与基体铝合金形成了牢固的冶金结合 ,合金化层组织为靠近基体铝合金的具有定向凝固特征的树枝晶 细小均匀的等轴晶 ,组织过渡均匀。表面硬度达到 6 5 0HV ,是基体铝合金的 5～ 6倍 ,实际使用表明 ,使用寿命较未经处理的铝活塞得到较大提高。     

高功率激光熔凝AZ91HP镁合金组织和性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了高功率激光熔凝处理。研究结果表明,在高功率激光快速扫描下,熔凝层主要由分布于α-Mg枝晶间的板条状β-Mg17Al12构成,硬质相β-Mg17Al12含量较原始镁合金有所增加。随激光功率增加,熔凝层树枝晶尺寸逐渐增大,且长度方向上的增加幅度约为宽度方向上增加幅度的10倍。由于枝晶细化和β-Mg17Al12的强化作用,与原始镁合金相比,熔凝层的硬度约提高90%左右,耐磨性提高78%,耐蚀性显著提高。