热输入对0Cr16Ni6合金激光熔覆修复层组织与性能的影响

针对0Cr16Ni6合金开展激光快速修复试验，利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM),观察分析所得接头的接头显微组织构成，利用显微硬度计检测接头硬度。研究表明：激光快速修复0Cr16Ni6合金接头分为基体、热影响区以及熔覆区；随着激光热输入的增加，热影响区组织形貌变化不大，与基体相似，由块状铁素体、奥氏体及其上析出的碳化物和少量板条状马氏体组成，且与熔覆区存在明显的分界线；熔覆区顶部区域组织分布均匀，主要为树枝晶，熔覆区中部呈现树枝晶向柱状枝晶过渡的趋势，熔覆区下部为柱状枝晶，枝晶尺寸随着激光热输入的增加而增大；熔覆区主要由基体γ相、强化相γ′和γ′′相及沿枝晶边界析出的白色不规则相δ和MC相等组成；随激光热输入的逐渐增加，热影响区宽度D和深度H的变动不大，仅存在±0.05 mm以内的微小波动；熔宽d和熔高h逐渐增加；熔覆区平均硬度值随单位时间内热输入量的增加，呈现先增加后减小的趋势，且各区域显微硬度值排序为熔覆区>基体>热影响区。     

Inconel 738激光熔覆层的裂纹控制方法

针对镍基高温合金激光熔覆过程中覆层极易产生裂纹的问题,在高温合金K438基体上激光熔覆Inconel 738合金粉,研究了熔覆层的开裂机理以及裂纹控制方法。裂纹由靠近基体端的过渡层产生并扩展到熔覆层,具有典型的沿晶特征,裂纹的形成主要与熔覆层中的热输入和低熔共晶相有关。从减少激光熔覆层中的低熔共晶相出发,通过优化激光熔覆工艺参数、添加适量Y2O3以及对基体进行同步冷却,可在一定程度上减少甚至避免熔覆层裂纹的产生。     

铝合金表面激光熔覆Al+Y粉末的研究

为了研究激光熔覆制备Al-Y合金涂层的可行性,采用CO2激光器熔化预置的Al+Y混合粉末的方法,利用SEM,XRD,EDS和硬度检验等方法分析了熔覆层的显微组织、物相组成、成分分布和硬度等。在2034铝合金表面得到了激光熔覆涂层,其物相主要由Al,Y5Al3,YAl3,YA1等组成,Y元素主要分布于晶界和枝晶间,熔覆层的显微硬度70HV0.2～95HV0.2与基体的100HV0.2～120HV0.2相比较低,原因在于降低了基体中Cu元素的固熔强化效果。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层显微组织显著细化。     

原位生长Cr3C2-CrB复合增强镍基激光熔覆层研究

采用预涂激光熔覆技术,在A3钢表面制备原位生长Cr3C2-CrB复合增强镍基激光熔覆层.使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析,并测试了熔覆层显微硬度及摩擦性能.结果表明,在适当工艺条件下,熔覆层成形良好、表面光滑,涂层与基体呈现良好的冶金结合.熔覆层底部组织为包含Cr,Fe的碳、硼化物的γ(NiFe)树枝晶结构.熔覆层中上部组织为先共晶析出、规则排列的Cr3C2杆状相和CrB颗粒相分布在Fe2C/γ(NiFe)共晶基体中.由于Cr3C2-CrB复合强化相的原位生成且均匀弥散分布在基体中,使得熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV     

FV520(B)钢叶片模拟件激光再制造成形试验分析

针对鼓风机用FV520(B)钢叶片根部气蚀裂纹的激光再制造,采用正交化试验方法优化再制造工艺参数;通过分析FV520(B)钢叶片模拟件根部破损情况,制定激光扫描修复方案,观察和分析修复部位金相显微组织及物相组成,并对熔覆层硬度进行测试。试验结果表明:激光功率1.1 kW、扫描速度250 mm/min、送粉速率8.10 g/min及载气流量150 L/h为该再制造系统下该材料优化工艺参数;采用多种扫描路径相综合的修复方式,减少层间热累积效应,使修复件尺寸精度保持在0.8 mm之内;熔覆层和基体为良好的冶金结合,熔覆层表面显微硬度最高,平均值达到675 HV0.2,结合界面处硬度值达到610 HV0.2,具有较好的组织结构和硬度性能。     

激光熔覆304不锈钢微观组织研究

采用激光熔覆成形了304不锈钢,利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜技术,研究了熔覆层的组织形貌及相组成。结果表明：熔覆层主要由奥氏体（γ）相和FeCr（σ）相组成,σ相中Fe与Cr的原子数分数比接近1∶1;γ相呈细小、致密的枝晶状,σ相主要为长条状,宽度约为200 nm,分布在枝晶间隙处。在熔覆层快速凝固过程中,σ相从枝晶间的共晶铁素体（δ）中析出。枝晶间共晶形成的大量γ/δ界面有效降低了σ相的形核难度,同时,枝晶间Cr元素的富集促进了σ相的形成和粗化。因此,相比于不锈钢在固溶过程中析出的σ相,激光熔覆过程中析出的σ相形成时间更短,尺寸更大。     

激光熔覆原位生成B4C颗粒增强镍基复合涂层的研究

采用自动送粉工艺,在A3钢表面制备出原位生成B4C颗粒增强的镍基激光熔覆层.使用扫描电镜(SEM),电子能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的组织和物相构成进行了分析,并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试.结果表明,原位生长B4C颗粒增强的Ni基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合.熔覆层的底部组织为先共晶析出的Cr,Fe的碳化物树枝相分布在γ(Ni Fe)基体中,而中上部组织为先共晶析出的树枝晶和包含原位生成B4C的白色颗粒相分布在共晶基体中.熔覆层具有极高的硬度(平均HV0.31400),耐磨性是纯Ni60涂层的2倍.硬度和耐磨性的提高归因于涂层中大量的包含原位生长B4C颗粒相的生成,并均匀分布于涂层的共晶基体中.     

激光熔覆原位生成TiC-ZrC颗粒增强镍基复合涂层

采用预涂粉末激光熔覆技术,在45#钢表面制备出原位牛成TiC-ZrC颗粒增强的镍基复合涂层.使用扫描电镜(SEM),EDS能谱和X射线衍射(XRD)对熔覆层的显微组织和物相构成进行了分析,并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试.结果表明,在适当的工艺条件下,原位生成TiC-ZrC颗粒增强镍基复合涂层形貌良好,涂层与基材呈冶金结合.熔覆层底部组织为定向生长的γ(NiFe)树枝晶,熔覆层中上部组织为先共晶析出的TiC-ZrC颗粒相和Cr3C2条状相均匀分布于γ(NiFe)树枝晶基体中.熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31300)和良好的耐磨性,与纯Ni60熔覆层相比,其磨损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/4.熔覆层硬度和耐磨性的提高归因于大量TiC-ZrC复合颗粒的形成及其在涂层中的均匀弥散分布.     

热处理对激光选区熔化IN718合金室温低周疲劳性能的影响

Inconel 718高温合金被广泛用于制造航天发动机等的热端零部件，提高其疲劳性能对于零部件的长期稳定服役意义重大。研究了不同热处理制度对激光选区熔化成形Inconel 718合金微观组织、相分布及疲劳性能的影响。采用电镜和电子背散射衍射仪分析了热处理试样的断口形貌、断口纵剖面应力分布及微观特征，详细阐述了热处理合金的低周疲劳断裂机理。结果表明：相较于成形态，热处理合金内部析出了δ相和γ″、γ′强化相，内部应力得以释放，疲劳性能显著提升。经过均匀化+固溶+双时效热处理后，Inconel 718合金的疲劳循环周次能够达到31990次。基于Orowan强化机制，晶粒内弥散分布的γ″、γ′强化相以及晶界上析出的δ相会阻碍位错滑移，从而延缓基体中微裂纹的扩展，增加疲劳过程中的循环周次。本次试验采用的热处理制度为激光选区熔化成形Inconel 718零部件提供了参考。     

45钢表面激光熔覆Fe901合金的摩擦磨损性能

在45钢表面制备了Fe901激光熔覆层,检测了熔覆层的组织、物相与硬度,采用干摩擦方式对激光熔覆层与45钢试样进行了摩擦磨损实验。结果表明:熔覆层组织均匀致密,组成相主要为马氏体和少量CrFeB、Cr7C3金属间化物;熔覆层的平均硬度为718 HV,显著高于基体的硬度(269 HV);45钢的磨损机制主要为磨粒磨损、疲劳剥落和氧化磨损,熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损;当加载载荷为10,20,30 N时,在干摩擦条件下,激光熔覆层的摩擦因数比45钢低,相对耐磨性分别为45钢的4、18、20倍,表明激光熔覆Fe901合金显著提高了45钢的耐磨性能。     

基于温度场评估的激光熔覆顺序决策方法研究

为了在激光熔覆再制造过程中得到更优的激光熔覆顺序选择决策方法,采用有限元法对平面基材多道激光熔覆传热学模型的温度场瞬态解进行了理论分析,并利用基于热电偶的测温系统验证了整个数值模拟过程的可靠性。提出了一种评估选择法,即利用数值模拟来分析和评估基体瞬态温度场,根据评估准则选择熔覆过程激光扫描顺序的轨迹优化方法。结果表明,取得单向逐次和评估选择样件的实验硬度数据分别为625.38HV,620.58HV,623.34HV,680.09HV,673.58HV和683.01HV,变形均值为0.9722mm和0.6458mm;评估选择法有最均匀的温度场,熔池周围有最大的温度梯度,其能产生较大的熔覆层硬度及较小的组织尺度,同时测量变形较小。该方法为激光熔覆的顺序选择提供了重要的参考价值。     

纯铜表面脉冲激光熔覆Ni60涂层的结构与性能研究

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难,得到冶金结合良好的Ni60熔覆层,采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法,在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验,并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型,对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时,Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时,激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV_0.2;常温下,Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45,摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明,随着预热温度的升高,Ni60熔覆层中裂纹减少,激光熔覆效率提高;Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度,减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术,在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层,可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。     

ZL102合金表面激光熔覆Al-Si+Al2O3复合涂层的组织和磨损性能

采用5 kW横流CO2激光器，在ZL102合金表面熔覆Al2O3颗粒增强的Al-Si合金复合涂层，探索了激光熔覆工艺参数对涂层质量的影响，分析了涂层的微观组织，测试了涂层的硬度和磨损性能。结果表明，在优化工艺参数下可以获得连续均匀、无气孔和裂纹的涂层，涂层的组织是在α固溶体和α固溶体+Si共晶的基体上均匀地分布着Al2O3颗粒，Al2O3颗粒尺寸在10～20 μm之间，与涂层基体结合紧密。涂层与基材之间呈典型的外延生长界面，形成了良好的冶金结合。涂层的硬度在Hv190～260之间，比基材提高了约2倍，涂层的耐磨性能比基材提高了约4倍。     

激光熔化沉积TiC/CaF2/Inconel 718复合材料的组织及高温摩擦磨损性能

采用激光熔化沉积技术制备了TiC/CaF2/Inconel 718高温合金基高温耐磨自润滑复合材料,对其显微组织、显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能进行了研究,探讨了其高温磨损机理。结果表明:复合材料的显微组织由TiC、CaF2、Cr7C3、γ″-Ni3Nb和γ-(Ni,Fe)构成,原位自生TiC初生相和细小CaF2/TiC共晶弥散分布在被Cr7C3和γ″-Ni3Nb等超细高温相强化的γ-(Ni,Fe)固溶体基体上;复合材料的平均显微硬度为820 HV;与激光熔化沉积Inconel 718对比样相比,复合材料具有良好的高温耐磨性及低且稳定的摩擦因数,复合材料优异的高温摩擦磨损性能源自于其合理的显微组织结构。     

热处理对20#钢表面Ni-Al激光熔覆层的影响

为了分析热处理对金属间化合物激光熔覆层组织、有序化以及性能等的影响,采用X射线衍射试验和硬度试验方法,对激光熔覆层进行了理论分析和实验验证,取得了涂层金属的X射线衍射曲线图、X射线衍射物相分析结果及激光熔覆层硬度试验数据。X射线衍射实验结果显示,在激光熔覆工艺条件下形成的NiAl相实现了有序化,而Ni3Al相未实现有序化;经1000℃,4h热处理后,Ni3Al相实现了有序化,而NiAl相的有序化在热处理中得到保留;硬度试验结果显示,熔覆合金层的平均硬度为440HV,热处理后的涂层平均硬度为412HV,硬度有所下降。结果表明,热处理有利于Ni-Al金属化合物相的有序化,也可以使激光熔覆层组织缺陷消失并且应力得到释放。     

变功率激光熔覆镍基涂层裂纹特性研究

为解决航空发动机热端叶片的高损耗现状,提高叶片的表面性能以延长服役寿命,通过对镍基高温合金K417G表面进行变参数激光熔覆制备GH3536涂层,并通过光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD衍射仪等仪器对熔覆层的宏观微观形貌进行观察并结合EDS能谱仪元素分布及偏析结果综合检测结果研究激光功率变化带来的熔覆层的成型质量以及性能影响。分析了熔覆层表面区域以及和基体结合区的裂纹缺陷程度以及缺陷形成原因,并通过对比激光功率变化带来的元素偏析影响与裂纹分布的关系,达到工艺参数优化的目的。熔覆层与基材结合界面呈波浪状,且于一定范围内,随着激光功率提升,熔覆层与基体组织交界区域的裂纹明显减少。熔覆层中元素偏析情况,随激光功率降低愈发明显以及伴随晶枝组织的生长方向偏转现象。     

W18Cr4V钢表面激光熔覆TiC-Co金属陶瓷

研究了W18Cr4V高速钢表面TiC－Co金属陶瓷熔覆层的组织及其与基体间的界面组织特征,熔覆层的组织特征为在灰色共晶组织上分布着大量的TiC颗粒,与基体形成了良好的冶金结合。在熔覆过程中TiC部分熔化,而Co则全部熔化,且有一定的烧损。熔覆层硬度较高,可达1682HV0.1。Ni基合金过渡底层的采用．可以在较宽的工艺范围内得到均匀连续且为冶金结合的金属陶瓷激光溶覆层,涂层最高硬度为1193HV0.1。