激光熔覆原位合成TiC成形工艺参数优化方法

目的 针对激光熔覆原位生成TiC过程中成形质量差、优化手段少的问题,探究工艺参数对熔覆高宽比、稀释率和面积的影响规律,实现熔覆质量的预测与优化。方法 采用全因素试验对数据进行拟合回归,利用得到的数学模型进行方差分析,得到工艺参数对成形质量指标的作用规律,后通过NSGA–Ⅱ遗传算法进行多目标优化,并提出一种加权择优算法。结果 得到的优化工艺参数如下:激光功率为1 585.70 W,扫描速度为4.76 mm/s,粉末配比为1.02,验证试验所得实际值与预测值的误差均小于10%,证明了优化方法的准确性。结论 高宽比随着激光功率和扫描速度的增大呈现降低的趋势,高宽比随着粉末配比的增大呈现先减小后增大的趋势;稀释率与激光功率、扫描速度和粉末配比的交互作用呈现正相关;熔覆面积随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度和粉末配比的增大而减小。研究结果能为激光熔覆原位合成TiC成形控制提供理论依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

激光熔覆Co基合金/MoSi_2复合涂层工艺参数的优化

激光熔覆工艺参数对熔覆层的形貌及质量具有重要影响。利用激光熔覆技术,采用预置粉末法在304不锈钢表面制备高质量的Co基合金/MoSi_2复合涂层。通过对不同激光熔覆工艺参数下复合涂层宏观形貌以及微观组织的研究分析,较详细地探讨了激光熔覆功率对熔覆层熔覆质量的影响,得出激光熔覆Co基合金+20%MoSi_2复合涂层时的最佳工艺参数:功率2.2 k W,扫描速度8 mm/s,光斑直径5 mm。所得熔覆层的横截面呈组织致密的"月牙"形貌,且沿垂直于结合面的方向生长并逐渐细化。     

脉冲CO2激光熔覆K403合金层工艺研究

在K403合金的基体上,采用脉冲CO2激光器熔覆Stellite合金,研究了脉冲激光峰值功率、扫描速度、脉冲频率和宽度对熔覆层的形状特征和熔合质量的影响。研究结果表明,随着脉冲激光的峰值功率、脉冲宽度、脉冲频率增加,或扫描速度降低,熔覆层的宽度、熔化深度和稀释率增加。采用高峰值功率脉冲激光熔覆可以获得无热裂纹且结合完整的界面。     

工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层的组织、耐磨性及耐腐蚀性的影响

研究了不同工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金后熔覆层微观组织及硬度、耐磨、耐蚀性能的影响,并寻求最佳激光工艺参数,以期获得冶金结合较好,耐磨、耐蚀性能良好的熔覆层。根据组织与性能的综合分析可知,最优激光工艺参数为激光功率2.5kW、扫描速度4mm/s、送粉速率300mg/s。利用优化工艺参数熔覆后的熔覆层宏观形貌平整、光滑,熔覆层宽度为14.36mm,高度为1.612mm,熔池深度为0.248mm,稀释率为13.33,硬度较高,平均显微硬度为646.4HV,并且耐磨损性能较好,磨损量较低。此外,熔覆层的耐腐蚀性能也较好,自腐蚀电位为-286.77mV。在一定的激光工艺参数下,组织从结合区至熔覆层表层依次为平面晶、胞状晶、柱状晶、树枝晶、等轴晶。激光功率、扫描速度、送粉速率不同,熔覆层中组织粗细变化呈现一定的规律性:随着激光功率的增大,组织由细小逐渐变的粗大;随着扫描速度的增大,组织先变细小,然后变粗大;随着送粉速率的增大,组织逐渐变细小。合金的耐磨性与耐蚀性不仅与组织大小有关,而且与组织物相组成密切相关。     

激光二次扫描熔覆涂层组织演变规律及数值模拟研究

旨在研究激光二次扫描工艺对熔覆层组织(晶粒大小和晶粒形态)的影响,以确定最佳激光二次扫描功率.本工作建立了激光熔覆和激光二次扫描的温度场,提取了熔覆层关键节点的热循环曲线,与实验验证相结合,分析了峰值温度和散热能力对涂层组织生长变化的影响规律.结果表明:无论是激光熔覆阶段还是激光二次扫描阶段,随着其峰值温度和散热能力沿熔池中心从结合区到熔覆层顶部方向逐渐提高,涂层组织由平面晶逐渐向胞晶、柱状胞晶、枝晶和等轴晶过渡,且随着激光二次扫描功率的提高,熔覆层晶粒呈增粗增大的生长趋势,其中激光二次扫描功率为1200 W和1500 W时表现尤为显著,且二次扫描功率过大时,会加大基材的熔化区域,提高涂层的稀释率.而相比之下,激光二次扫描功率为900 W时,晶体组织的粒度相对细小且可以避免稀释率的增加.此外,经激光二次扫描后,滞留在熔覆层中的气孔获得再次上浮和释放的机会,熔覆层表面未熔化的粉末颗粒得到了充分的熔化,变得更加平整、光滑且富有金属光泽,顶部疏松结构得到了显著的改善,这不仅提高了涂层质量,而且可以缩短后续的加工周期,同时也能够节省一定的熔覆材料.     

激光工艺参数对熔覆层稀释率的影响

研究了自动送粉激光覆工艺参数对熔覆层稀释率的影响规律。结果表明,粉末流量大小是块定激光熔覆层稀释率的最主要因素,它通过产生“热屏蔽”效应得影响稀释率,激光功率,扫描速度也对稀释率有较大的影响。     

激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性

采用预置粉末法在45钢表面进行激光熔覆镍基Ni60A+x%(SiC+Ti)(质量分数,下同)复合粉末涂层的实验研究。使用往复式磨损试验机对不同涂层材料的熔覆层进行干摩擦磨损实验,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察和分析熔覆层的显微组织与磨损形貌。结果表明:复合粉末通过原位反应生成弥散分布的TiC颗粒增强复合涂层,随着(SiC+Ti)含量的增加,颗粒状TiC的尺寸和数目逐渐增加;复合粉(SiC+Ti)含量达到60%时,微观组织有气孔和夹杂缺陷;复合粉(SiC+Ti)含量为48%时,熔覆层耐磨性最佳;复合涂层的磨损主要为磨粒磨损,机理为微观切削和挤压剥落。     

不同工艺参数对高硬度铁粉等离子弧增材熔覆的影响

目的优化马氏体不锈钢等离子弧增材熔覆工艺。方法利用等离子热源在300M表面对新型高硬度铁粉的增材熔覆工艺进行研究。基于三因素三水平熔覆工艺的正交试验,研究在大温度梯度熔覆环境下,等离子弧电流、焊枪移动速度及送粉速率对单道金属熔池的非平衡凝固组织的影响机制,综合考虑单道焊道宏观形貌、成形尺寸及稀释率,确定增材熔敷的电流、焊枪移动速度及送粉速率;在此基础上,基于多道单层及单道多层熔覆的宏观形貌及拉伸性能,确定多道多层增材熔覆的搭接率及熔覆工艺。结果在电流为140～180 A、移动速度为20～30 cm/min和送粉速率为20～30 r/min的工艺窗口内,电流对焊道的稀释率有较大影响,送粉速率次之;送粉速率对高宽比的影响最大,扫描速度次之。结论当电流大小为140 A,送粉速率为30 r/min,扫描速率为30 cm/min时,单道单层焊道的稀释率及宽高比最小,热影响区晶粒尺寸较小,叠加率为40%时,熔覆层表面平整度较高。     

感应熔覆原位自生TiC/Ni基复合涂层的组织与耐磨性研究

为了提高16Mn钢的干滑动磨损耐磨性能,以Ni60、钛粉和石墨粉为原料对16Mn钢表面进行感应熔敷处理,制备出以TiC颗粒为增强相的原位自生复合涂层,利用金相、SEM、XRD等技术分析了涂层的显微组织,在室温干滑动磨损试验条件下测试了涂层的耐磨性.结果表明:涂层中TiC颗粒均匀分布于共晶基体上,整个涂层组织均匀、无气孔、无裂纹;涂层与基材形成了良好的冶金结合,涂层具有很高的硬度,在室温干滑动磨损试验条件下具有优异的耐磨性能.     

钛合金表面氩弧熔覆原位合成TiB_2-TiN显微组织与形成机理

以BN和Ni60A合金粉末作为预置涂层,采用氩弧热源在Ti6Al4V合金表面原位合成陶瓷颗粒复合涂层。经过热力学计算和扫描电子显微镜线扫描分析,利用X射线衍射仪进行涂层物相分析,确定陶瓷颗粒为TiB2和TiN。利用扫描电子显微镜观察微观组织形貌,并探讨TiB2-TiN颗粒的形成机理。实验结果表明,采用适宜的熔覆材料合金粉末成分和熔覆工艺参数,可以获得TiB2-TiN颗粒复合涂层,TiB2形态呈棒状和细条状,TiN形态呈颗粒状。颗粒尺寸细小,分布均匀,且与基体冶金结合。复合涂层的显微组织沿层深方向分为熔覆区、结合区和热影响区。     

热锻模药芯焊丝电弧增材制造熔覆层摩擦磨损性能

目的 研究工艺参数、搭接区域对熔覆层组织和性能的影响以及磨损性能的各向异性。方法 在H13基板上分别制备单道多层和多道多层熔覆层。对熔覆试样进行2次高温回火,分别对单道多层和多道多层试样的搭接区与非搭接区进行往复磨损实验。研究多道多层试样平行和垂直于扫描方向熔覆层的磨损性能,结合金相组织,讨论磨损性能与组织的关系。结果 熔覆层的组织为回火马氏体+残余奥氏体+粒状碳化物。与扫描速度8 mm/s相比,扫描速度10 mm/s时熔覆层的残余奥氏体含量更高、硬度更低、磨损轮廓更大。与非搭接区相比,搭接区组织更为粗大、摩擦因数表现更不稳定、磨损轮廓更大。与平行扫描方向相比,垂直于扫描方向的试样摩擦因数更稳定、磨损轮廓尺寸更小。结论 扫描速度8 mm/s时的单道多层熔覆层的磨损性能优于扫描速度10 mm/s时的;多道多层熔覆层搭接区的磨损性能比非搭接区的磨损性能差,与平行扫描方向相比,垂直扫描方向的熔覆层磨损性能表现较佳。     

镍基625合金电子束熔覆TiC涂层表面改性研究

目的 采用电子束表面改性技术对Inconel 625镍基合金进行电子束表面合金化(EBSA)处理,制备性能良好的TiC涂层,提高Inconel 625镍基合金的表面性能。方法 采用不同的电子束扫描速度(80、100、120 mm/min)在Inconel 625镍基合金表面制备TiC涂层,使用扫描电镜(SEM)拍摄合金区横截面进行EDS能谱分析,使用电子背散射衍射仪(EBSD)对合金层进行EBSD表征分析,使用显微硬度仪测量EBSA后的表面硬度,使用摩擦磨损试验机(RTEC)测试表面耐磨性、生成摩擦曲线并拍摄磨损表面的三维形貌。结果 从宏观形貌上来看,在80 mm/min扫描速度下涂层成形质量最好。微观组织测试结果表明,随着扫描速度的增大,平均晶粒尺寸增大。显微硬度测试结果表明,随着扫描速度的增大,表面硬度呈现降低的趋势,但涂层表面硬度均高于基材硬度。当扫描速度为80 mm/min时,TiC强化颗粒较多分布在表面,其表面硬度最高,为457HB,与基材相比,表面硬度提高了1.936倍。耐磨性测试结果表明,当扫描速度为80 mm/min时,磨损体积和磨损率最低,分别为0.913 1 mm<...     

In-situ TiC Reinforced Composite Coating Produced by Powder Feeding Laser Cladding

A Ni-base alloy composite coating reinforced with TiC particles of various shapes and sizes on medium carbon steel substrate was produced by multilayer laser cladding. The chemical compositions, microstructures and surface morphology of the cladded layer were analyzed using energy dispersive X-ray spectroscopy （EDX）, scanning electron microscope （SEM）, and X-ray diffractometry （XRD）. The experimental results showed that an excellent metallurgical bonding between the coating and the substrate was obtained. The microstructure of the coating was mainly composed of γ-Ni dendrites, a small amount of CrB, Ni3B, M23C6 and dispersed TiC particles. Much more and larger TiC particles formed in the overlapping zone, which led to a slightly higher microhardness of this zone. The maximum microhardness of the coating was about HV0.21200. The effects of the laser processing parameters on the microstructures and properties of coating were also investigated.     

真空环境下TC4激光熔丝增材制造工艺实验研究

目的 针对TC4金属增材制造制备的零件质量差的问题,研究真空环境下不同工艺参数对TC4激光熔丝增材制造的影响规律。方法 通过单因素单道工艺实验,研究激光功率、扫描速度、送丝比等工艺参数对单道沉积层形貌、宽度和高度的影响。结果 当激光功率小于230 W时,得到的单道表面形貌较为良好,熔覆层与基板区域结合较好,而当激光功率大于230 W时,则会在初始段产生鱼鳞状缺陷。随着激光功率从150 W增大到230 W,单道截面宽度从0.582 mm增大到1.123 mm,增大了93.0%。单道截面高度从0.443 mm降低到0.351 mm,降低了20.8%。当扫描速度小于1.5 mm/s时,单道表面也出现了“鱼鳞”状结构,导致质量下降;当扫描速度从1 mm/s增大到5 mm/s时,单道横截面宽度从1.003 mm降低至0.887 mm,降低了11.6%,而单道横截面高度则从0.332 mm增大至0.353 mm,只增大了6.32%。在不同送丝比情况下,单道表面形貌都较为良好,且随着送丝比从1增大至3,单道沉积层的高度从0.308 mm增大至0.465 mm,增大了51.0%。结论 激光功率是影响单道沉积层表面形貌和横截面宽度的重要因素,而扫描速度对横截面宽度和高度的影响幅度都很小,其影响程度远不如激光功率显著,送丝比只对单道沉积层的高度影响显著。