铁基自熔合金光束熔覆层的微观组织及强化机理

采用SEM、EDS、X射线衍射及显微硬度和洛氏硬度分析手段研究了铁基自熔合金粉末光束熔覆层的微观组织及其物相组成。结果表明,Fe-Ni-Cr-B-Si合金粉末的光束熔覆层微观组织由固溶于大量Cr,及少量B,Si,C的γ（Fe,Ni)树枝晶,枝晶间（Cr,Fe)7(C,B)3 γ（Fe,Ni)共晶所构成,光束熔覆层的宏观硬度达HRC47．3,高于同种材料喷涂层及TIG熔覆层的硬度。Cr,Si元素在γ相中的固溶,枝晶间共晶（Cr,Fe)7(C,B）3高硬度相的析出是光束熔覆层得以强化的主要原因。     

扫描速度对球墨铸铁激光熔覆层组织的影响

目的揭示不同扫描速度下激光熔覆Fe基覆层显微结构的变化规律,以寻求高效的组织控制手段。方法使用半导体激光器,在相同送粉量和激光功率条件下,采用不同扫描速度,在球墨铸铁表面制备激光熔覆层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪、X射线衍射仪表征覆层微观组织和相组成,采用洛氏硬度计对覆层硬度进行测定。结果扫描速度为7 mm/s时,稀释率为16%,覆层组织主要是马氏体和少量残余奥氏体,晶粒细小,无裂纹,洛氏硬度为55.5HRC;扫描速度为5 mm/s时,稀释率为30%,覆层中的晶粒形态变粗大,且得到更多的柱状晶和等轴晶,残余奥氏体含量大幅增多,马氏体含量明显下降,结晶裂纹倾向大,洛氏硬度为21.7HRC。结论扫描速度在球墨铸铁的覆层制备中发挥了重要作用,对覆层凝固过程、晶粒生长、相组成、裂纹敏感性、硬度有很大影响。通过适当调整扫描速度可以改变马氏体和残余奥氏体的量,获得无裂纹且硬度合适的覆层,实现覆层组织和力学性能的有效控制。     

热处理对激光熔覆Ni基合金层组织耐磨性的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针、显微硬度计和洛氏硬度计研究了45钢激光熔覆Ni基合金及后续热处理后的组织结构、显微硬度、洛氏硬度和耐磨损性能。结果表明：Ni基合金激光熔覆层的洛氏硬度高达43HRC，热处理又进一步使熔覆层的硬度提高到56HRC。组织细化、Cr1.65Fe0.35B0.96和Cr2B3硬质相的析出是熔覆层硬度和耐磨性提高的原因。     

硼对等离子熔覆高硼铁基合金组织和性能的影响

采用等离子弧熔覆技术在20g钢表面堆焊Fe-Cr-B-C系的铁基复合材料,利用X射线衍射（XRD）,光学显微镜（OM）,扫描电镜（SEM）,洛氏硬度计及湿砂磨损试验机等试验设备进行检测、试验,研究不同硼加入量对熔覆层显微组织与性能的影响规律.结果表明,熔覆层显微组织由过饱和α-Fe枝晶固溶体、枝晶间硼化物共晶组织以及碳化物等组成;熔覆层中硬质相主要有Cr2B,CrB2,Fe2B,Cr7C3,B4C等;随着硼含量的增加,硼化物明显增多,当硼添加量为5%时熔覆层的硬度及耐磨性达到最佳,其硬度值为66.1 HRC,磨损量仅为0.383 g;继续增加硼的添加量,熔覆层的耐磨性能降低.     

激光熔覆FeCr基Ni包B_4C复合涂层的组织性能

利用3kW高功率半导体激光器,在45钢基体上制备不同含量的FeCr基Ni包B_4C复合涂层(10%~50%,质量分数),分别用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)及摩擦磨损机对熔覆层的显微组织、成分分布、物相及耐磨性进行研究。结果表明:熔覆层与基体结合区组织为垂直于基体的胞状晶,中部为较粗大的柱状晶,上部为细小无方向的树枝晶;添加量为10%和20%的Ni包B4C时熔覆层的主要物相是α-Fe、Cr B、Cr_(23)C_6、B_4C;添加量为30%~50%的Ni包B_4C时熔覆层的主要物相是α-Fe、CrB、Cr_(23)C_6、B_4C、(Fe,Ni)、Fe_(23)(C,B)6、(Fe,Ni)_(23)C_6,同时还发现了未熔的B_4C陶瓷颗粒;含量为30%时熔覆层显微硬度最高,可以达到1261 HV,约为基体(120 HV)的10倍,耐磨性能是基体45钢的41倍。     

Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响

目的研究Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响,改善其表面性能。方法利用激光熔覆技术在TC21钛合金表面制备不同Cr含量的Ni-Al涂层,采用带有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的显微组织、物相组成进行分析,采用显微硬度计和材料表面性能综合测试仪测试熔覆层的硬度分布和耐磨性能。结果熔覆层表面质量良好,未添加Cr元素时,熔覆层主要由Ni(Al,Ti)、Ni_2AlTi、Ti Ni等物相组成;添加Cr元素后,熔覆层中有α-Cr沉淀相析出,并且随着Cr元素含量的逐渐提高,Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr等物相的相对含量逐渐增加。熔覆层主要由Ni(Al,Ti)枝晶组织与其周围呈网状分布的Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr晶间组织构成。熔覆层的显微硬度均提高到基体的2倍左右,Cr元素对提高Ni-Al涂层显微硬度的影响不大,但能使其显微硬度波动减小,趋于平稳,熔覆层的韧性随着Cr元素含量的增加而不断提高。当Cr元素添加量为20%(原子数分数)时,耐磨性最好,约为基体的2.948倍。结论 Cr元素的添加,有利于熔覆层中α-Cr相的析出和Ti Ni/Ni_2AlTi共晶组织的生成,能有效降低熔覆层的室温脆性,提高塑韧性及耐磨性能。     

Cr12MoV模具钢激光熔覆Ni基、Co基合金的组织与性能

利用5kW的横流CO2激光器在Cr12MoV钢表面分别熔覆Stellie6和Ni60合金粉末，并利用X射线衍射、光学显微镜分析了合金熔覆层的金相组织和相组成；测量了合金熔覆层的显微硬度，并用M-200环-块磨损试验机研究了其磨损性能。结果表明，激光处理层存在熔覆区、结合区和基体热影响区三个区域。由于基材为淬火组织，故在热影响区中存在二次淬火区和回火区，最高硬度存在于二次淬火区。Stellie6合金熔覆层由枝晶Co基固溶体及Cr23C6、Cr7C3和CoCx碳化物、WC等相组成；Ni60合金熔覆层由Ni基固溶体及NiCrFe相、γ-Fe基固溶体、Cr23C6、Cr7C3型碳化物和Cr2B硼化物等相所组成。Ni60合金熔覆层比Stellie6合金熔覆层具有更高的硬度，Ni60熔覆层的耐磨性要比Stillite6熔覆层好。     

304不锈钢表面激光原位制备Ti(C,N)增强铁基涂层的组织和性能

采用CO_2激光熔覆工艺在304不锈钢表面制备含Ti(C,N)增强相的铁基熔覆层。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、维氏显微硬度计和电化学工作站对熔覆层的组织和性能进行表征分析。结果表明:熔覆层呈典型的树枝晶形貌组织,与基体形成了良好的冶金结合。钛铁粉末与石墨、氮气在激光熔覆过程中发生了原位反应,生成了Ti(C,N)增强相。熔覆层主要由γ-Fe、α-Fe、Ti(C_(0.3)N_(0.7))、Fe-N等物相组成。熔覆层的平均硬度值为450 HV0.2,是基体硬度(240 HV0.2)的近2倍。抗电化学腐蚀性能是304不锈钢基材的1.43倍。     

铌含量对Fe-C-Cr-Nb系表面熔覆金属组织及耐磨性的影响

目的 提高钢表面熔覆层的硬度、耐磨性及其综合性能。方法 运用气体保护焊堆焊不同Nb含量的Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料,采用JmatPro软件模拟计算不同铌含量的熔覆层CCT曲线和平衡冷区曲线,分析铌含量对熔覆组织转变和析出相的影响。运用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察晶粒尺寸和熔覆组织形貌,并对析出相进行分析。利用洛氏硬度计和滑动摩擦磨损试验机,分别对熔覆金属进行宏观硬度和耐磨性的测定。结果 不同铌含量熔覆组织均由马氏体和少量贝氏体组成,基体有大量的MC型碳化物析出。当Nb含量为1.5%时,碳化物弥散分布在熔覆组织中,强化效果最佳,此时硬度最高,为55.3HRC。此外,MC型碳化物有明显的细化晶粒作用,显著提高了熔覆组织的韧性。硬质相与韧性基体的配合,使熔覆组织的耐磨性在铌含量为1.5%时达到最佳。结论 通过调整Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料中铌的含量,可以有效地控制熔覆金属组织类型及碳化物组成和分布,从而提高熔覆层的综合性能。     

激光合成TiC/Ni涂层裂纹控制技术

激光熔覆原位合成TiC/Ni涂层开裂严重.从熔覆层金相组织、物相组成、残余应力、宏观形貌和断口观察等角度分析裂纹形成的原因,提出了相应的裂纹控制措施.结果表明,激光合成TiC/Ni涂层裂纹主要是由于硬脆相及残余内应力导致的脆性冷裂纹.通过增大钛粉量,Ti元素与Ni60中的M23C6相发生置换反应:M23C6+Ti→M+TiC.通过加入镍粉或优化工艺参数,可以改善涂层组织,提高塑韧性,降低残余内应力,从而降低裂纹敏感性.     

Microstructure and wear resistance of Fe-based and Co-based coating of AISI H13

Fe-based and Co-based cladding layers were prepared on the surface of AISI H13 hot die steel by laser cladding technology. The microstructure, hardness and abrasion resistance of the two cladding layers were studied by means of optical microscope, scanning electron microscope, rockwell hardness tester, and high temperature friction and wear tester. Also, the red hardness of the cladding layers was measured, after holding the layers at 600 ℃ for 1 hour by muffle furnace and repeated 4 times. The rockwell hardness values of the substrate, the Fe-based and the Co-based alloy coating measured were HRC 47, HRC 52 and HRC 48, respectively. The red hardness values of the substrate and the Fe-based cladding layer were decreased, while that of the Co-based cladding layer was increased. The Co-based cladding layer has the minimal wear loss weight and friction coefficient among them. The wear mechanisms of the substrate, the Fe-based layer and the Cobased layer attribute mainly to abrasive wear, adhesion wear, and both of them, respectively.     

H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

采用激光熔覆技术在AISI H13 热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层. 借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性. 采用马弗炉进行加热600 ℃,保温1 h,反复4 次,并测得红硬性硬度. 结果表明,基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47,HRC 52,HRC 48. 基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降,而钴基熔覆层的红硬性硬度提升. 钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小. 基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.     

离焦量对 45# 钢表面激光熔覆镍基碳化钨粉的影响

目的研究激光熔覆过程中离焦量对熔覆层成形质量的影响。方法在扫描速度(2 mm/s)和送粉电压(8 V)不变的情况下,通过改变熔覆头与基体间的距离和激光功率,对比分析不同离焦量对熔覆层尺寸、洛氏硬度、界面显微硬度和金相组织的影响,并确定最佳离焦量。结果当离焦量D_L=3,4 mm时,熔覆层表面硬度先逐渐增大后趋于稳定,洛氏硬度高达55~56HRC;当离焦量D_L=5,6 mm时,由于离焦量过大,导致基体与熔覆层冶金结合不牢固,部分粉末颗粒没有充分熔化附着在熔覆层表面,熔覆层质量较差。同一功率下,随着离焦量的增大相对熔覆层宽度会减小;当离焦量D_L=3 mm时,冷却速度最大、熔覆层底部由柱状晶沿着熔体最易散热方向生长明显,在熔覆层上部形成了等轴晶组织。结论激光熔覆时离焦量是不可忽视的工艺参数之一,最终优化工艺参数为:扫描速度2 mm/s,送粉电压8 V,激光功率1200 W,最佳离焦量3 mm。     

Microstructure and properties of laser cladding FeCrBSi composite powder coatings with higher Cr content

FeCrBSi alloy powder with higher Cr content was used for laser cladding by employing a 3 kW solid-state laser. Ni- and Fe-based alloy powders, which were more resistant to cracking, were added into FeCrBSi alloy powder with higher Cr content to increase the ductile phases, lower thermal expansion coefficient, and reduce the crack sensitivity of the cladding layer. FeCrBSi alloy powder with higher Cr content combined Ni- and Fe-based alloy powder were cladded on the substrates, which yield two different phases. The hard phases of the cladding layer were mainly composed of carbide phase M₂₃C₆, and the ductile phases which played a lubrication function in the cladding layer were mainly composed of austenite γ-Fe and γ-Ni. The ductile phases increased by adding Ni- and Fe-based alloy powder into FeCrBSi alloy powder with higher Cr content, and the hard phases became sparser relatively. Smooth cladding layers, which were free of macroscopic pores, cracks and void between the adjacent tracks, were achieved. Therefore, the toughness of the cladding layer was improved, and the crack tendency was reduced. Three kinds of composite powder were obtained. The composition and morphology of the cladding layer were analyzed, and the microhardness between the hard phases and the ductile phases was compared. The average microhardnesses of the three cladding layers varied from HV_0.2 760 to HV_0.2 950.     

Cr12MoV钢激光熔覆Ni基WC合金性能研究

对Cr12MoV钢表面激光熔覆不同成分Ni基WC合金的熔覆层性能进行了研究.实验表明,在较优工艺参数下,激光熔覆Ni60+30%WC熔覆层的次表面硬度可达67～68 HRC.在加入WC硬质相后,熔覆层的硬度变化不大,而耐磨性能却得到很大的提高,相应的脆性和产生裂纹的倾向增大.     

氩气保护下碳化钨对镍基合金熔覆层组织及耐磨性的影响

目的改善Q235钢板的耐磨性,以取代65Mn在振动筛筛板中的应用。方法采用电阻丝加热非真空熔覆技术,在氩气保护条件下于Q235钢表面制备碳化钨/镍基合金复合熔覆层。通过SEM和XRD观察分析熔覆层与基体的结合方式、碳化钨分布、熔覆层组织及相组成,通过硬度测试及磨损试验,分析碳化钨对熔覆层耐磨性的影响。结果熔覆层与钢基体达到冶金结合。熔覆层主要由奥氏体、碳化钨、碳化物及硼碳复合化合物等相组成,碳化钨弥散分布其中。当碳化钨用量为熔覆粉末总质量的35%时,熔覆层硬度为47.3HRC,磨损率为0.08 mg/m,约是钢基体耐磨性的5倍,65Mn耐磨性的4倍。结论采用氩气保护制备的碳化钨熔覆层与基体结合良好,提高了钢基体的耐磨性。     

激光熔覆Fe基非晶合金涂层裂纹分析

使用激光熔覆技术在304不锈钢基材表面熔覆铁基非晶合金涂层时产生了裂纹,通过对裂纹周围元素、硬度和裂纹易萌生处析出物的定性分析,研究了涂层裂纹成形机理。结果表明,涂层主要有α-Fe、α-Cr、碳化物(M₇C₃、M₅C₂)、硅化物(CrSi₂、FeSi)等物相。裂纹主要由热影响区较大的热应力以及C、Si元素偏析而成的高熔点及高硬度的碳硅化物造成,裂纹带附近组织较为疏松且存在较多的缝隙和孔隙,同时硬质相结合不牢固,使得裂纹带附近硬度相较于同一水平其他无缺陷处的要低。     

硅含量对一种耐蚀合金组织与耐蚀性能的影响

设计并熔炼了不同硅含量的三种耐磨耐蚀合金30Ni-35Cr-6.5Mo-1Nb-0.25N-xSi(x=1、2、3)-Fe,分别命名为1Si、2Si、3Si合金,利用SEM、XRD、硬度测试以及电化学测试研究了三种合金的组织和性能。结果表明,三种合金均为双相结构,两相分别为γ相和σ-Cr₁₃Ni₅Si₂相,且随着硅含量的增加,σ-Cr₁₃Ni₅Si₂相所占的比例逐渐增加,合金的洛氏硬度也逐渐增大。动电位极化曲线以及电化学阻抗谱结果表明,3Si合金在10%H₂SO₄溶液中的耐蚀效果最优,而1Si合金的耐蚀性最差。合金硬度和耐蚀能力的提高主要得益于合金中σ相比例的增大。     

激光熔覆原位自生TiB_2/Ni金属陶瓷复合涂层的裂纹研究

用激光熔覆技术在45钢表面制备了不同成分配比的原位自生TiB_2/Ni金属陶瓷复合涂层,研究了涂层的残余应力分布和开裂行为.结果表明:裂纹源产生的部位主要是熔敷层中的硬质相央杂物、熔覆层中共晶团问显微孔和熔覆层与基材界面间的微孔洞.