45钢表面激光熔覆铁基合金涂层显微组织与性能

采用激光熔覆技术在45钢表面制备铁基合金涂层,分析了激光熔覆层的微观组织,测试了其显微硬度及摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆区为细小的树枝晶,组织均匀致密,并有硬质点弥散分布,使得表面硬度和耐磨性大幅度提高.     

激光熔覆Fe-Al-Si复合涂层研究

采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备Fe-Al复合涂层和Fe-Al-Si复合涂层.利用X射线衍射仪和扫描电镜等方法分别研究两种涂层的物相和微观组织,并测试其显微硬度和耐磨性,同时进行对比分析.结果表明:Fe-Al复合涂层主要由Fe、Al、Al2O3、Fe3Al等相组成,而Fe-Al-Si复合涂层主要由Fe、SiO2以及Al2Fe3Si4等相组成;Fe-Al复合涂层内部存在孔隙缺陷,而Fe-Al-Si复合涂层内部无裂纹、气孔等,组织更均匀细小,与基体之间冶金结合良好;Fe-Al-Si复合涂层的显微硬度和耐磨性均约为Fe-Al复合涂层的1.8倍.     

QT-500球墨铸铁表面激光熔覆镍基合金的组织与性能

利用DL-T5000型二氧化碳激光器在QT-500球墨铸铁表面熔覆镍基合金,分析了激光熔覆层的显微组织,测试了其显微硬度及磨损性能。结果表明:所制得熔覆层组织致密、无裂纹,与基体形成了良好的冶金结合。从熔覆层表面到基体热影响区,组织依次为大量的树枝晶、等轴晶、树枝晶。熔覆层的硬度较基体提高了5倍,熔覆层的总磨损率大约为基体的1/6。熔覆层耐磨性能增强的主要原因是镍基合金与涂层元素镍、铬等固溶强化和碳化物等析出相的强化作用。     

纯铜表面激光熔覆WC-Co涂层研究

利用超音速火焰喷涂和激光重熔技术在纯铜基体上制备WC-Co涂层.利用维氏硬度计测试了其显微硬度,用扫描电镜分析了激光熔覆层的微观形貌.结果表明:所制得熔覆层组织致密、无裂纹,与基体形成了良好的冶金结合.熔覆区表层的WC颗粒均匀分布,颗粒较小,形成了一层硬度很高的耐磨层,在熔化区中下部,组织为基体Cu和Co、W等组成的固溶体以及呈散落状分布着一些未熔化的大小不一的WC颗粒.激光熔覆区的显微硬度约为基体的10倍.     

铸铁表面等离子熔覆Fe-Cr-Si-B涂层的组织特征

利用常压弧光等离子体在铸铁表面熔覆Fe-Cr-Si-B合金粉末制备耐磨涂层,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计对熔覆层的组织和性能进行了分析.结果表明,熔覆层组织主要由近似于六方形、U形、L形或H形的初生(Cr,Fe)7C3相及短杆状或小块状(Cr,Fe)7C3共晶碳化物、,cr)和Fe3C组成;熔覆层与基体界面形成细小的共晶莱氏体组织,在界面处熔覆层与基体中的合金元素发生了相互扩散,形成具有冶金结合的涂层;熔覆层显微硬度可达600～1200HV0.2.     

铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的研究进展

激光熔覆技术作为推动国家制造业升级的重要绿色制造和再制造技术,在航空航天、海工交通、冶金机械等重点领域具有广阔的应用前景。激光制造用粉末材料是影响该技术应用和发展的关键因素之一,其中铁基合金材料具有成本低、力学性能好、应用范围广等优势,特别是不锈钢体系的铁基合金因其良好的力学性能和优异的耐蚀性能而逐渐成为研究关注的焦点。全面综述了国内外在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的相关研究进展。根据显微组织的不同,目前采用激光熔覆技术制备的不锈钢涂层的类型主要有:奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢以及双相型不锈钢。重点综述了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、熔覆方式等)、合金元素(Al、Ni、B、Mo等)、添加物(SiC、WC、VC、Cr3C2、Al2O3等陶瓷相)以及热处理(固溶处理、低温回火等)等因素对激光熔覆不锈钢涂层组织和性能的影响,主要包括对熔覆层的相组成、截面几何尺寸、稀释率、残余应力、力学性能、耐蚀性能等的影响规律及微观机制。同时,指出了目前在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层领域中存在的主要问题及今后的发展方向。     

激光熔覆铁基复合涂层组织与性能影响

目的 在45#钢基体表面制备耐磨性优于基材的梯度涂层。方法 采用激光熔覆技术在基材上制备连接层后,分别用未添加WC颗粒、添加3%和5%WC颗粒的铁基合金粉末制备耐磨涂层。通过金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）,研究了涂层的微观结构。通过维氏显微硬度计和M-2000磨损试验机,研究了涂层的力学性能。结果 获得的涂层致密,没有裂纹和气孔等缺陷,涂层内部WC清晰可见。连接层与基材具有良好的冶金结合,涂层组织主要有等轴组织、柱状组织和共晶组织。耐磨层物相组成为奥氏体（γ-Fe）、γ(Fe,Ni)固溶体和Fe-Ni-Cr固溶体。涂层表面的显微硬度最高为559HV1,比基材硬度（182HV1）提升了3倍多。随着WC含量的增加,涂层的磨损量显著下降。结论 基材与连接层有沿基体表面生长的平面晶,涂层内部为柱状晶、树枝晶和共晶等组织,涂层顶部多为细小的等轴晶。加入WC,涂层的显微硬度提高不明显,但WC周围的组织细化,显微硬度提高。无WC的涂层磨损机理主要为粘着磨损;3%WC的涂层磨损较轻,磨损仍以粘着磨损为主;5%WC的耐磨层磨损最轻,磨损机理为磨粒磨损,WC的加入明显提高了涂层的耐磨性。     

304LN不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能

为了提高304LN不锈钢的耐磨性,延长控制棒导向筒组件使用寿命,采用激光熔覆技术在304LN不锈钢表面制备了Stellite 6钴基熔覆层.利用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、腐蚀试验装置等多种试验测试设备,分析了熔覆层组织形貌、成分、显微硬度、摩擦磨损性能及腐蚀行为,确定了多道多层钴基熔覆层的工艺参数.结果表明,熔覆层与基体之间形成了冶金结合,显微组织主要由平面晶区、胞状和柱状晶区、树枝晶区和等轴晶区组成.熔覆层硬度为500 ~ 550 HV,摩擦磨损系数为0.30 ~ 0.35,熔覆层均匀腐蚀速率和缝隙腐蚀速率分别为0.153 和0.143 mg/(dm2·d). 激光熔覆钴基合金可以有效提高304LN不锈钢表面的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能.     

钛合金表面激光熔覆钴基复合涂层的组织和性能

利用横流CO2激光器在钛合金表面制备出原位自生TiB体系陶瓷颗粒增强Co基复合材料涂层,以改善常规材料表面综合使用性能。采用XRD、SEM、EPMA等手段对复合涂层进行研究。结果表明：涂层中原位合成的TiB2和TiB陶瓷相均匀分布在γ-Co基合金涂层中。涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。涂层显微硬度比基体显著提高,约为基体的3倍,同时耐磨性也得到显著改善     

激光熔覆Fe-Cr-Ni-C-Si-Mo涂层高温处理后的组织

研究了Fe-Cr-Ni-C-Si-Mo系合金的激光熔覆层经700～850℃高温处理后其微观组织的变化.采用SEM、EDS、XRD、光学显微镜、Thermo-calc热力学软件等对熔覆层的组织进行了分析.结果表明,该合金熔覆态涂层的组织主要为γ(Fe,Ni,Cr)和(Cr、Fe)7C3合金碳化物.当熔覆层的处理温度低于750℃时,其显微组织没有明显变化.经850℃的处理后,其微观组织中出现了新相(Cr、Fe)23C6,且生成的(Cr、Fe)23C6不易长大,并对其转变过程进行了研究.     

Thick Co-based coating on cast iron by side laser cladding: Analysis of processing conditions and coating properties

The objective of this work was to create Co-based coatings (compositionally close to Stellite 6) on compacted graphite and gray cast iron substrates with a high power laser (2 kW continuous Nd:YAG) cladding process. The relationships between the relevant laser cladding parameters (i.e. laser beam scanning speed, laser power and powder feeding rate) and the main geometrical characteristics of a single laser track (height, width, dilution, etc.) were examined. A gradual variation of a single processing parameter was used for an appropriate experimental analysis and statistical correlations study between main processing parameters and geometrical characteristics of an individual laser track. These relations lead to the design of a laser cladding processing map that can be used as a guideline for the selection and further tuning of proper processing parameters for laser cladding of extensive layer.The coatings with thickness from 1.0 to 3.3 mm were created on flat substrates without cracks and other major defects. The microstructural features of these coatings were studied using optical microscopy, scanning electron microscopy (Philips XL30 FEG), EDS (EDAX) and XRD. Mechanical properties were determined using microhardness measurement, scratch test (CSM Revetest) analysis at room temperature and using the tribotesting (CSM HT Tribometer) at room and elevated (up to 525 °C) temperatures.     

铸铁等离子熔覆铁基合金耐磨涂层

利用等离子熔覆技术,选择合适的工艺参数,在硼铸铁基体上熔覆铁基合金粉末制备具有冶金结合的耐磨涂层.采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜研究了涂层的组织,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度,通过环-块磨损试验评估了涂层的耐磨性.结果表明,硼铸铁等离子熔覆铁基合金涂层组织主要由(Cr,Fe)7C3,α-(Fe,Cr)和Fe3C相组成;涂层的显微硬度可达600～1 200 HV0.2;在干滑动磨损条件下,涂层的耐磨性约是基体试样的5倍.涂层中高硬度的(Cr,Fe)7C3及Fe3C相的抗磨骨架作用,大量Cr,Si原子溶入基体引起的过饱和固溶强化作用,涂层快速加热及快速凝固产生的细晶强化作用是涂层耐磨性提高的主要原因.     

等离子弧熔覆高铬铸铁合金的组织与耐磨性

采用等离子弧粉末熔覆技术在Q235钢表面制备了高铬铸铁型铁基涂层。通过X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电镜观察和分析了涂层的相组成和组织形貌,并测试了显微硬度,与高铬铸铁的耐磨性进行了对比。结果表明,等离子弧制备的熔覆层组织为主要由正交结构的M7C3(M=Cr,Fe)型碳化物和面心立方结构的(Fe,Ni)固溶体构成过共晶组织,涂层的显微硬度在650~850HV0.2,与高铬铸铁相比,涂层的相对耐磨性更好。     

QT600球墨铸铁激光淬火相变层残余应力测试研究

利用CO2激光器对QT600球墨铸铁进行了激光淬火处理试验,用X-350A型X射线应力仪测定QT600激光淬火后的表面及其断面残余应力规律,分析了QT600激光淬火后的残余应力形成机理。试验结果表明,在CO2激光工艺参数为输出功率P=800-1200W、光斑直径=3.5-4.0mm、扫描速度V=6-8mm/s的条件下,QT600激光淬火后的残余应力均为压应力,其值在-250MPa以上。在QT600材料表面及断面上测定了Ψ=0°4、5°和90°方向上的残余应力,其值的变化范围小,表明淬火后材料组织结构比较均匀,无明显织构,有利于提高材料的使用寿命。     

激光强化合金球墨铸铁轧辊的微观组织及性能

应用5 kW横流CO2激光器对合金球墨铸铁热轧辊进行了激光强化处理,用光学显微镜、洛氏硬度计及显微硬度计进行了显微组织分析和硬度测试.结果表明,激光处理后的剖面组织区域分为熔凝区、相变区和基体三部分,各区域的尺寸及显微硬度与激光功率、光斑大小、扫描速度等工艺参数有关.激光处理后轧辊表面的洛氏硬度在54.4～63.8 HRC之间,较基体硬度提高约29～39 HRC,经激光强化处理后热轧辊使用寿命比原轧辊提高了1.52～1.87倍.     

铸铁表面感应加热熔覆Zn的研究

采用快速感应加热技术对铸铁表面锌熔覆的工艺、熔覆层组织、熔覆层与基体之间界面等进行了研究,并用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等对熔覆层及其界面进行了分析。试验结果表明,感应加热熔覆速度快,热影响区小,熔覆层的组织均匀细致,表面光滑平整。由于在熔覆层与界面处锌与铁形成FeZn6.67和FeZn15等Fe—Zn化合物,所以熔覆层与基体之间可以获得结合强度比较高的冶金结合。     

高铬铸钢激光熔覆NiAl涂层高温冲蚀性能

在高铬铸钢表面采用激光熔覆技术制备NiAl金属间化合物涂层,以提高电站锅炉高铬铸钢燃烧器喷嘴耐高温冲蚀性能．采用电子探针及高温冲蚀设备研究其组织及高温冲蚀性能．结果表明,高铬铸钢激光熔覆NiAI涂层成形良好,与基体呈冶金结合,涂层由NiAl金属间化合物和y。（FeNi）固溶体组成．熔覆层硬度达到450HV0．2以上,且过渡较为平缓．激光熔覆NiAl涂层的耐高温冲蚀磨损性能较高铬铸钢基体明显提高,冲蚀磨损机制为脆性剥落．     

Repair welding of ductile cast iron by laser cladding process: microstructure and mechanical properties

Abstract

The aim of this research was to determine the feasibility of a newly developed process in the repair of cracked gas turbine casings made of ductile cast iron. This study investigated the microstructural characteristics, metallurgy and mechanical properties of the repair weldments produced using fibre laser cladding. Optical microscopy, scanning electron microscopy and element probe microanalysis were used to investigate the microstructure at the cladding weld interface. The mechanical properties of the cladded specimens were evaluated after laser cladding. Our results revealed that the weldability of ductile cast iron can be enhanced by performing laser surface pretreatment to sublimate graphite nodules. Microhardness at the interface of the laser cladded weldments depended largely on the range of the heat affected zone and the degree of phase complexity. Under tensile loading, failures were limited to the base metal region of the weldments. Test results demonstrate that the impact toughness of the interface between the fusion zone and the base metal can be enhanced through the application of post-cladding heat treatment.     

Hydrogen embrittlement of nodular cast iron

Ferritic nodular cast iron, intended for use as the material for inserts of canisters for long-term geological disposal of spent nuclear fuel, was studied for hydrogen sensitivity. In the canisters, the insert provides the mechanical strength against external loads. Hydrogen was charged from 0.1 N H₂SO₄ solution in free-corrosion tests and under controlled cathodic potential. Hydrogen uptake and trapping were then measured using thermal desorption spectroscopy. The hydrogen desorption rate after hydrogen charging manifests two distinct peaks. Plastic deformation during hydrogen charging increases the hydrogen uptake considerably. Hydrogen reduces the elongation to fracture and time to fracture in slow strain rate testing and constant load testing (CLT), respectively. Especially, the strain rate in CLT is dramatically increased. The appearance of hydrogen-induced cracking in the ferrite phase changes from ductile dimple fracture to brittle cleavage fracture due to hydrogen charging, which initiates from the interphases of the graphite nodules. The results are discussed in terms of the role of hydrogen and the graphite nodules in hydrogen embrittlement of ductile cast iron.