扫描路径对单层激光熔覆层质量影响的研究

为探究四种不同扫描路径对熔覆层质量的影响,在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面进行多道单层激光熔覆试验。熔覆粉末为Ni60A自熔性粉末,工艺参数为激光功率500 W、送粉电压10 V、扫描速度2 mm/s、多道搭接率45%,扫描路径为实验设计的四种不同的扫描路径:热搭接、两种不同方式的冷搭接和回形搭接。结果发现,在冷搭接和回形搭接的扫描方式下得到的熔覆层表面相比于热搭接平整度较差。热搭接得到的熔覆层表面最平整,平均洛氏硬度最高。冷搭接熔覆层显微硬度最高,而回形搭接熔覆层显微硬度最低。     

灰铸铁激光熔覆铁基和镍基粉末的比较*

采用高功率横流CO2激光器,以铁基和镍基合金粉末为熔覆材料,用同步送粉法在灰铸铁基体材料上进行激光熔覆试验,并对熔覆层组织和性能进行比较分析。结果表明,激光熔覆镍基时覆层内的组织较铁基合金熔覆层组织均匀细致;熔覆镍基和铁基粉末合金层与基体结合紧密成冶金结合;结合区的组织晶粒细小,合金碳化物含量高,其硬度也最高。用正交试验法分析激光功率、扫描速度、熔覆层数对熔覆效果、表面硬度的影响规律,获得激光熔覆层表面硬度显著提高;对表面硬度影响最大的因素是扫描速度,其次是激光功率,熔覆层数则影响不大。熔覆Fe35合金粉末综合优化参数为扫描速度300mm/min、激光功率4.0kW、熔覆二层。熔覆Ni20A合金粉末优化参数为扫描速度400mm/min、激光功率4.0kW。     

单向送粉双向扫描激光熔覆工艺防止裂纹的试验研究

在无预热、后处理等条件下,利用CO2激光器在45钢表面进行了Ni60合金粉末熔覆的试验研究。结果表明,采用单向送粉双向扫描工艺进行单道熔覆或多道搭接熔覆,皆可有效地避免熔覆层裂纹,并能提高熔覆层表面平整度。     

TC4表面激光熔覆沉积Ti40阻燃钛合金的工艺研究

采用半导体激光熔覆沉积,在传统TC4钛合金表面熔覆沉积Ti40合金。研究了激光熔覆沉积工艺对单道单层沉积层的几何尺寸、成分及显微硬度的影响,优化了激光熔覆沉积工艺。结果表明:随着激光功率的提高以及扫描速率的降低,熔覆层、重熔区以及热影响区尺寸均有所增加;随着送粉率的提高,熔覆层尺寸有所增加,而重熔区、热影响区尺寸均随送粉率的提高先提高而后降低。在各工艺条件下,热影响区硬度均显著高于基体区以及重熔区和熔覆层;激光功率1800~2700 W、扫描速率10 mm/s、送粉率11 g/min以及激光功率2400 W、扫描速率10 mm/s、送粉率8~17g/min时,均获得了成分、硬度分布均匀的重熔区和熔覆层,表明在以上工艺条件下,熔池内对流充分,基材与熔覆Ti40材料充分混合以及合金化。     

光纤激光熔覆铁基合金粉末对45钢表面组织和性能的影响

利用IPG-3000 W光纤连续激光器和激光同轴送粉方式在45钢表面熔覆铁基合金粉末,利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪等,分析研究激光熔覆铁基合金粉末对45钢微观组织、显微硬度的影响。结果表明:45钢光纤激光熔覆层的微观组织为胞状晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶,主要物相为Ni-Cr-Fe、γ-[Fe,Ni];当激光功率为600 W,扫描速度为0.3 m/s,送粉速率为0.8 g/h,靠近结合面一侧的熔覆层处最大硬度值为560 HV。对比单道和多道搭接熔覆层硬度,发现多道搭接熔覆层硬度较单道熔覆层硬度降低10~40 HV     

镍基碳化钨合金粉末激光熔覆工艺的研究

采用同步送粉方式在16Mn钢表面熔覆镍基碳化钨合金粉末.通过对不同激光熔覆工艺参数下的宏观形貌以及微观组织进行研究分析,较详细地探讨激光熔覆功率以及扫描速度对熔覆层熔覆质量的影响.通过对不同工艺参数下的熔覆层进行显微组织分析以及EDS能谱分析,对熔覆层微观组织种类、分布以及碳化钨硬质相组织分布不均匀性进行研究,总结出激光工艺参数对熔覆层的影响规律.最后得出镍基粉末+30％碳化钨(钴包WC)粉末在功率3.0kW、熔覆速度1000 mm/min的工艺参数下为最佳熔覆效果.     

合金钢12CrNi3A板材高速钢W6Mo5Cr4V2粉末激光熔覆最优工艺参数选取

激光熔覆技术可在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质,可节约贵重稀有金属材料降低成本,但激光熔覆处理时的激光功率、扫描速度、送粉速度等工艺参数都影响激光熔覆后的最终效果。选择合金钢12CrNi3A板材进行表面高速钢W6Mo5Cr4V2粉末熔覆,选用正交实验法研究各工艺参数对熔覆效果的影响。结果表明:送粉速度对提高材料的耐磨性起决定性作用,激光功率是次要因素,扫描速度影响力最差;激光功率对提高材料的耐蚀性起决定性作用,扫描速度是次要因素,而送粉速度影响力最差。     

倾斜基体激光熔覆残余应力场的数值模拟

为探究倾斜基体对激光增材制造熔覆层残余应力的影响,采用数值模拟法模拟了激光熔覆过程中的温度场和残余应力场。模拟了45钢基体表面的激光熔覆过程,基体与水平面夹角30°,送粉方式选用同步送粉方式,熔覆粉末选用316L不锈钢。计算了温度场,通过间接耦合的方法得出不同路径上残余应力的分布。结果表明:两种扫描方式(沿水平方向x、倾斜方向y)对熔覆层的等效残余应力分布影响不明显,扫描方向y等效应力大于扫描方向x的,且两种扫描方式影响了各个方向应力的对称性和大小。     

倾斜基体激光熔覆残余应力场的数值模拟

为探究倾斜基体对激光增材制造熔覆层残余应力的影响,采用数值模拟法模拟了激光熔覆过程中的温度场和残余应力场。模拟了45钢基体表面的激光熔覆过程,基体与水平面夹角30°,送粉方式选用同步送粉方式,熔覆粉末选用316L不锈钢。计算了温度场,通过间接耦合的方法得出不同路径上残余应力的分布。结果表明:两种扫描方式(沿水平方向x、倾斜方向y)对熔覆层的等效残余应力分布影响不明显,扫描方向y等效应力大于扫描方向x的,且两种扫描方式影响了各个方向应力的对称性和大小。     

不同送粉速度对TC4钛合金表面激光熔覆的影响

采用光纤激光对TC4钛合金表面进行熔覆改性,研究送粉速度对熔覆工艺过程和熔覆层性能的影响。采用高速摄像机拍摄了加热粉末在空间的分布形貌,采用光学显微镜观察了熔覆层横截面形貌,采用EDS分析了熔覆层的氮含量分布,并测量了熔覆层横截面的显微硬度。实验表明,送粉速度较小时,粉末吸收少量激光能量,熔池较大,熔覆层宽而浅;送粉速度较大时,粉末吸收大量激光能量,熔池较小,熔覆层窄而深。当送粉速度较大时,熔覆层的氮元素含量和显微硬度均分布基本均匀,无明显梯度;随送粉速度增加,熔覆层显微硬度会增加,并稳定在约9.3 GPa。     

铁基合金梯度熔覆工艺研究及熔覆层特性分析

为了在H13钢表面获得显微硬度呈梯度分布的铁基合金熔覆层,试验选取了三种铁基合金粉末FJ-1粉末、铁基合金粉末1号和高铬铁基合金粉末逐层进行激光熔覆,并探究了每层熔覆时的工艺参数,最终获得了由三种粉末堆积成的铁基合金梯度熔覆层,并对熔覆层的表面硬度、结合状态、组织和显微硬度等进行了分析。结果表明,三种粉末逐层熔覆后的梯度熔覆层表现出了表面平整、表面硬度较高、内部组织无明显缺陷且层间结合紧密的特征。熔覆层顶层晶粒细小,夹层和底层晶粒逐渐变大,熔覆层与H13钢结合处呈现良好的冶金结合特性。各层的显微硬度由基体逐渐向顶层升高,呈明显的梯度分布,最终得到梯度熔覆层。     

一种高速列车制动盘高熵合金耐磨层组织和性能的研究

目的对磨损后的高速列车制动盘进行修复,以降低列车运营成本。方法采用机械自混粉末,利用激光熔覆工艺制备CrMnFeCoNi高熵合金熔覆层对制动盘进行修复,对熔覆层组织、组成相、耐磨性和耐腐蚀性进行研究。结果最佳实验工艺为:激光功率1000 W,扫描速度5 mm/s,送粉电压7.5 V,对应单道宽度2.42 mm,高度0.44 mm,搭接率50%。激光熔覆过程中存在烧损,造成粉末成分不是等摩尔原子比,最终熔覆层组成相为BCC和FCC两相。熔覆层铸造组织较均匀,生长方向趋于一致,存在一定数量的非晶和纳米级组织。CrMnFeCoNi高熵合金熔覆层可降低材料磨损量,摩擦系数为0.3655,更耐磨;腐蚀电流密度为1.24×10~(-5) A/cm~2,腐蚀速率为0.146 475 mm/a。结论通过激光熔覆工艺制备的高速列车制动盘高熵合金修复层,其耐磨性、耐腐蚀性均优于基体,延长了磨损后制动盘的使用寿命,满足制动盘使用要求。     

超高速线光斑激光熔覆不锈钢涂层显微结构及性能研究

目的 设计超高速线光斑激光熔覆送粉喷嘴,在极高的熔覆效率和极低的搭接率下制备不锈钢熔覆涂层,对比研究圆光斑及线光斑下的熔覆涂层的微观组织结构及性能。方法 基于送粉喷嘴流场及粉末粒子运动轨迹的模拟研究,设计超高速线光斑激光熔覆专用送粉喷嘴。在此基础上,以27SiMn为基体,采用1 mm´ 10 mm线光斑,在10%搭接率、熔覆效率4.5 m²/h下,采用超高速线光斑激光熔覆FeCr合金薄涂层;作为对比,采用超高速圆形光斑(2 mm)激光在0.2 m²/h熔覆效率下熔覆FeCr合金涂层。采用SEM、XRD对比分析线光斑/圆光斑涂层微观组织结构与涂层显微硬度。结果 通收束角度为25°~27°的单流道送粉喷嘴可得到分布均匀、飞行速度适中的粉末束流。对比研究超高速线光斑及圆光斑激光熔覆涂层可知,相同扫描速度下2种光斑制备的涂层均较为致密,无裂纹与气孔,由熔覆层底部到熔覆层表面均呈现出平面晶—柱状晶—等轴晶的变化趋势,线光斑和圆光斑涂层硬度在700~800HV,线光斑下的熔覆层硬度分布更加均匀,表面粗糙度Ra可低至<4 μm,搭接率可低至10%,熔覆效率可达 4.5 m²/h,远高于圆光斑激光下的熔覆效率。结论 2种光斑模式下的涂层微观组织、相组成及硬度相当,但超高速线光斑激光熔覆层表面光洁度更高,表面粗糙度更低,熔覆效率可达圆光斑的20倍。     

工艺参数对激光熔覆NiWC25合金粉末的影响

在激光熔覆NiWC25合金粉末修模过程中,激光功率、送粉电压、扫描速度等工艺参数对激光熔覆层的显微硬度和熔覆层增加高度具有重要影响。通过试验探究了5组不同激光功率(300、500、700、900和1100 W)对熔覆层最大显微硬度和增加高度的影响规律,同时,分别采用5组不同的送粉电压和5组不同的扫描速度得出了单一工艺参数对激光熔覆层最大显微硬度和增加高度的影响规律。结果表明,当激光功率300 W和送粉电压3 V时熔覆层的显微硬度小于600 HV,其它单一工艺参数下熔覆层的最大显微硬度相差不大,大都集中在780～820 HV。当送粉电压和扫描速度的比值相差不大时,熔覆层的增加高度无太大变化。     

送粉多道搭接激光熔覆温度场的数值模拟

运用ANSYS有限元分析软件,对送粉式多道搭接激光熔覆过程的温度场进行了数值模拟。考虑到材料热物性的非线性特征以及对流换热的边界条件,建立了三维有限元模型;送粉过程及熔覆单元的生长过程采用"生死单元法"来实现。结果表明:在多道搭接激光熔覆过程中,先凝固的熔覆道对后续搭接熔覆道有预热作用,两者之间存在一个初始温度差;在熔覆层中,搭接区的温度高于其它区域,存在重熔现象;熔覆层每道熔池节点的热循环曲线呈现周期性变化且基本相似;熔覆层易出现端部效应问题;熔覆层中上部温度梯度沿激光扫面方向水平分布,下部与扫描方向垂直分布,在基体与熔覆层交界处温度梯度出现突变和最大值,是裂纹高发区。     

钢基表面单道激光熔覆Fe3Al金属间化合物的研究

以纯Fe3Al粉末为原料,采用同步送粉式激光熔覆工艺在低碳钢基体表面合成Fe3Al金属间化合物.利用金相显微镜、扫描电镜与X衍射实验方法对熔覆合金层、合金层与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析.结果表明,激光熔覆功率对合金层品质有较大影响,本实验在2 kW激光熔覆功率条件下获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂、裂纹等缺陷的熔覆层,熔覆表面有一定起伏的合金层,合金层与基体间完全冶金结合;熔覆合金层主要由单相Fe3Al构成,熔覆层组织为细小等轴状晶粒,等轴晶内部由大量更为细小的条状Fe3Al晶粒构成.     

TC11合金多道激光熔覆温度场及涂层性能研究

为增强钛合金耐磨性,利用多道搭接激光熔覆工艺在TC11表面制备CBN涂层。基于ANSYS软件平台,对熔覆温度场进行分析。对涂层的平整度与耐磨性进行研究。结果表明:温度场的形状类似于单道熔覆时的形状,呈扁圆形。此时温度场的分布不以光斑中心对称,温度场偏向一侧。由于有预热作用,熔覆升温要比降温快,且熔覆后一道次熔覆层上的最高温度要高于前一道次。随激光功率、送粉率和搭接率的增大,表面变得不平整。随扫描速度的增大,涂层面积变小,但表面平整度较好。熔覆层试样的磨损失重远远小于基体。随载荷的增加,熔覆层磨损量变化不大,而基体磨损量增加。     

镍基和铁基激光熔覆材料对熔覆层组织及性能的影响

采用同步送粉方式在16Mn钢基体表面熔覆不同材料(铁基和镍基粉末)。采用的激光熔覆参数:功率为3.0 k W、熔覆速度为1000 mm/min、光斑直径为5 mm、搭接率为40%。依次对铁基和Ni25、Ni45、Ni60加不同比例的WC强化相熔覆材料进行研究,选用的WC类型为钴包WC,WC合金粉末粒径为73μm。采用带有硬度计的电子显微镜、摩擦磨损试验机以及不同腐蚀时间的方式对熔覆层的微观组织、硬度、耐磨损以及耐腐蚀进行分析。结果表明,16Mn基体的最佳熔覆材料为Ni45+20%WC粉末。     

送粉式宽带激光熔覆—搭接基础理论的研究

研究了大面积送粉激光熔覆搭接技术—搭接系数选择的理论依据,推导出搭接条件下粉末有效利用系数和稀释率的表达式,并利用金相检测出的熔覆层宏观参数及相关的物理参数对不同搭接条件下的粉末有效利用系数ε和稀释率η进行了计算。     

316L不锈钢掺杂SiC环状同轴送粉TIG熔覆层组织结构与性能

TIG熔覆是经济高效的表面修复方法,与传统的预置粉末法相比,同轴送粉法具有优良的适应性,但是试验研究相对较少.自主设计制造了环状同轴送粉TIG熔覆焊枪,与管状同轴送粉TIG熔覆焊枪相比,制造的熔覆层不存在熄弧位置凹坑、焊缝不够平直以及焊缝熔宽不一致等问题,而且具有更高的熔覆效率.结果表明,采用优化的焊接热输入、送粉量和SiC含量参数匹配,在316L不锈钢表面进行环状同轴送粉TIG熔覆,获得了外观优良的单层单道熔覆层、单层多道熔覆层.对熔覆层进行显微硬度测量、微观组织及元素成分分析、宏观电化学腐蚀试验、微区电化学腐蚀试验以及耐磨性能测试,并与母材进行了比对,环状同轴送粉TIG熔覆导入的SiC粉末有效地提升了熔覆层的耐蚀性与耐磨性.