齿面激光熔覆修复工艺及缺陷分析

齿轮是最常用的机械零件之一,其制造成本较高,在工程中常因各种失效而致报废。采用激光熔覆技术对齿面进行单道、多层、多道搭接烧结实验,获得了表面平整、外形规则并形成冶金结合的修复层。分析了熔覆层中产生的裂纹、气孔、齿顶塌陷、表面粗糙等缺陷的原因,并提出了解决这些问题的方法。     

某采煤机重载齿轮磨损表面激光熔覆及磨损性能研究

以齿面磨损失效的德国进口久益(JOY)采煤机行走齿轮为绿色再制造研究对象,通过对其表层受损疲劳层去除、优化再制造激光参数以完成无裂纹无孔隙的耐磨耐腐蚀激光复合层制备。继而检测激光复合熔覆层与基体结合状态、并对熔覆层抗磨损性能等做了系统分析。研究中所采用的绿色再制造方案选用高效率、与基体结合区平整的矩形光斑激光熔覆模式结合镍基自熔合金粉末进行再制造工艺研究。通过对磨损失效轮齿表面依次做除锈除渣、去疲劳点蚀、无损探伤、激光增材制造,再对激光熔覆层样品做纵剖面扫面电镜(SEM)分析、磨损测试,最终得出结论:矩形激光束制备的再制造齿面抗磨损性能优异、激光熔覆层与轮齿基体呈现优良冶金结合,故而再制造轮齿工作面质量已达到并超过新品齿面,符合绿色再制造产品标准。     

TC4钛合金多层激光熔覆工艺研究

为探究TC4(Ti-6Al-4V)钛合金多层激光熔覆实验的最佳的工艺参数组合,采用IPG光纤激光器和侧向送粉系统,在TC4板材表面进行激光多层熔覆实验,熔覆粉末选择Ni60A自熔性合金粉末。实验结果显示,熔覆层各层选择的扫描速度偏低时,随着层数的增加,熔覆层表面出现过烧现象;每层之间要不断调整激光功率和扫描速度,才能得到完好的多层堆积层,且熔覆层和基体形成了良好的冶金结合。随着层数的增加,已完成的熔覆层由于受到激光热量的回火处理,表面硬度会有一定程度的降低。越靠近基体的熔覆层硬度越小,最顶部的熔覆层硬度最高。     

熔滴过渡对脉冲熔化极氩弧焊快速成形的影响

为提高成形的精度和性能,采用机器人焊接系统和高速摄像系统,研究了铝合金双阶梯脉冲熔化极氩弧焊(Pulsed gasmetal arc welding,P-MIG)快速成形中熔滴过渡行为对多道多层成形的影响.试验中,通过调节脉冲频率和脉冲时间等脉冲工艺参数来获得不同的熔滴过渡速率、熔滴大小及熔滴过渡形式,研究其对多道多层成形的表面形貌(包括表面尺寸、正面形貌和侧面形貌)、微观组织和硬度的影响.试验结果表明:熔滴过渡直接影响着整体成形的表面形貌、微观组织和硬度.其中熔滴过渡形式对成形效果的影响最大;一脉一滴为快速成形的最佳熔滴过渡形式,其成形的表面形貌良好、整体尺寸均衡、微观组织细小均匀、硬度适中、层间硬度波动小.     

Q235D多层激光熔覆实验研究

在Q235D钢表面进行多层激光熔覆Fe基合金粉末,实验结果显示基体与熔覆层之间以及熔覆层与熔覆层之间的冶金结合性较好,没有出现裂纹,并且基本无气孔,熔覆层的显微组织、表面硬度和显微硬度均显著优于基体。实验发现,多层熔覆时在不连续加工情况下,随着制备熔覆层数目的增多,在加工新的熔覆层时,之前已经制备完成的各熔覆层的硬度均会有不同程度的降低,并且距离基体越近的熔覆层其硬度降低越多,第一熔覆层显微硬度最低,往上层方向显微硬度逐渐增加,最后一层硬度最高,并且制备的层数越多这种硬度降低程度也会越显著。     

氩弧熔覆铁基梯度熔覆层的显微组织与性能

利用钨极氩弧熔覆技术在45钢上堆焊了由工作层和M2过渡层组成的铁基梯度熔覆层,研究了梯度熔覆层的显微组织、热膨胀性能、显微硬度、残余应力和抗热震性能,并与单一熔覆层的进行了对比。结果表明:与单一熔覆层相比,梯度熔覆层结构致密无孔洞;单一熔覆层的截面硬度在距表面2mm时突然降低,而梯度熔覆层截面硬度由表面向基体呈梯度降低;梯度熔覆层热膨胀系数匹配度更优,截面残余应力更低,抗热震性能更好。     

激光熔覆多元复合硬质合金的覆层结构研究

采用激光熔覆的方法在55Si2Mn弹簧钢表面制备了Co基WC—TiC—TaC多元复合熔覆层，用扫描电镜(SEM)和电子探针分析了呈波纹表面的激光熔覆层的组织特性，发现由于各硬质合金物性的差别，熔覆区中出现亚-层结构，研究表明熔覆区中的亚层结构是形成熔覆层中裂纹缺陷的主要原因。提出了通过电磁搅拌控制硬质相在熔覆层中分布，以提高熔覆涂层质量的理论构想。     

K418镍基高温合金多层激光熔覆

由于单层激光熔覆修复的厚度有限,无法满足深度损伤的修复.因此试验了YAG激光K418镍基高温合金多层熔覆的可行性.采用自配的镍基合金粉末,在工艺参数为电流160 A、脉宽8 ms、频率4 Hz时,用激光熔覆能够实现对K418镍基高温合金损伤结构的多层修复,获得了表面平整、连续,微观组织细密、均匀,与基体呈良好冶金结合,硬度高于基体,无缺陷的熔覆层.     

等离子熔积直接快速制造金属原型技术

开发了等离子熔积直接快速制造金属原型技术。该技术以等离子束为热源，根据零部件计算机三维CAD模型，数字控制熔积枪或工作台运动，粉末材料在等离子体中被加热并沉积到基板表面或熔积层的熔池中，凝固并与之熔合后形成新的熔积层，直至完整的零件制作完成。所制造零件内部无孔隙，层与层之间完全冶金结合，可以用于金属原型或难熔难加工材料零件制造、表面修复等，具有重要的应用前景。     

齿面激光熔覆技术研究

研究齿轮齿面激光熔覆粉末合金的工艺、显微硬度分布、熔覆层及过渡层等的金相组织及性能。结果表明,采用合适的合金粉末及激光熔覆工艺能够获得与基体呈冶金结合、无裂纹的熔覆层,显微硬度明显高于基体,且在熔覆的同时轮齿反面得到了淬硬。经齿轮试验机对比试验,齿轮齿面经激光熔覆后承受接触应力性能明显高于调质齿轮,可与高频表面淬火、渗氮处理的齿轮相媲美。     

激光能量密度及路径对熔覆层成形性的影响

采用同步送粉式激光熔覆在Q345钢基体上熔覆一层Fe-Cr-B合金熔覆层,研究了熔覆层表面的宏观形貌,采用着色探伤剂对熔覆层表面进行了着色探伤,统计了熔覆层表面的裂纹信息,讨论了激光能量密度、激光熔覆路径及熔覆层表面宏观形貌三者之间的关联性,获得了Fe-Cr-B合金粉末激光熔覆的最佳激光熔覆工艺参数.     

激光熔覆高铬铸铁组织和硬度的研究

针对高铬铸铁铸造组织粗大,强韧性差,容易开裂的问题,进行了高铬铸铁粉末激光熔覆实验,对熔覆层的显微组织和硬度等性能进行了检测与分析,研究了不同扫描速度对熔覆层显微组织和硬度的影响,分析了多道搭接区和多层堆积区熔覆层显微组织的演变规律,揭示了多层堆积横截面的硬度分布规律。研究结果表明:通过激光熔覆可以获得晶粒细化、组织致密、无裂纹与气孔等缺陷、硬度高(可达580 HV0.2)的高铬铸铁熔覆层。将该工艺应用到零件表面强化领域,将大大提高零件的性能和使用寿命。     

镍基合金喷熔层摩擦学行为与机制的研究

采用热喷熔工艺制备了两种镍基合金喷熔层,并选用高锰钢、不锈钢作为对比材料,研究了镍基合金喷熔层的摩擦磨损性能。研究结果表明：镍基合金喷熔层具有良好的耐磨损性能和较低的摩擦系数。镍含量对喷熔层的摩擦学性能有显著影响,高镍含量的镍基合金,其耐磨性能明显优于低镍含量的镍基合金。在低速轻载条件下,镍基合金喷熔层的磨损机理为微观犁削;高速重载时,表现为粘着磨损和磨料磨损,其中高镍含量的喷熔层表面形成了致密的转移膜,有效地降低了磨损率。     

镍基自熔合金激光熔覆层和喷焊层的组织与性能对比

对Ni60镍基自熔合金激光熔覆层和喷焊层的表面形貌、显微组织、硬度和耐腐蚀性能等进行了对比分析。结果表明:激光熔覆层的表面成型性比喷焊层的好;大部分激光熔覆层组织处于非平衡、亚结晶状态,且具有强、韧两相微观结构特征;喷焊层组织中富含碳化物等硬质相;激光熔覆层和喷焊层与基体均能形成冶金结合;喷焊层的平均硬度比激光熔覆层的高,但其分布并不均匀;激光熔覆层的耐腐蚀性能优于喷焊层的。     

内齿圈渗氮层的脆性及耐磨性分析

针对内齿圈表面硬度、耐磨性以及疲劳强度不足的问题,在其表面渗氮以增强其表面性能.在对渗氮方式和气体渗氮设备及工艺进行说明的基础上,重点对渗氮温度、氮势、渗氮时间等参数对内齿圈渗氮层脆性和耐磨性的影响进行研究,对后续指导并提升内齿圈渗氮层的性能具有理论意义.     

CO2气体保护焊的焊缝形貌建模及虚拟化仿真系统开发

建立了CO₂气体保护焊工艺参数与焊缝几何尺寸(熔宽、熔深)之间的多层感知机神经网络预测模型,并基于焊接试验数据训练模型,确定了模型的数学解析式;通过分析焊缝截面和表面形貌特征,建立焊缝形貌的虚拟化仿真模型;通过python编程开发了焊缝形貌预测与虚拟化仿真系统。结果表明：所建立的多层感知机神经网络预测模型对熔宽预测的最大偏差为0.097 mm,模型拟合优度为0.999 269,对熔深预测的最大偏差为0.051 mm,模型拟合优度为0.999 567;建立了以焊缝熔深和熔宽为输入变量的焊缝截面形貌数学模型和以焊缝熔宽为输入变量的表面形貌数学模型。     

Si对铸铁激光熔敷层抗裂性的影响

通过控制熔敷层内Si质量分数,进而控制奥氏体相与渗碳体相体积分数来抑制熔敷层裂纹的产生。在抗裂性最佳激光熔敷工艺参数基础上,首次系统地在不预热情况下研究了冶金元素Si对熔敷层奥氏体体积分数及表面裂纹率的影响,揭示了熔敷层开裂的微观机制。最终得到可显著降低熔敷层开裂敏感性的新激光熔敷材料。     

01型变速箱差速器齿圈表面剥落失效分析

通过宏观和微区形貌检查、磁粉探伤、化学成分、能谱分析、金相组织检验和显微硬度测试,对01型变速箱差速器齿圈表面剥落原因进行了分析。结果表明该齿圈的渗碳层中存在不合格的碳化物,加之有效渗碳层较浅,基体心部硬度较软。在强喷时,喷丸会直接冲击齿圈表面,导致剥落掉块失效,并给出了必要的预防建议。     

稀土对激光熔覆金属陶瓷复合层的影响

采用CO2横流激光器在45#钢基体表面熔覆添加不同含量的稀土氧化物CeO2的镍基TiC金属陶瓷复合层;对熔覆层进行了显微组织观察、显微硬度测量、耐磨性能和耐腐蚀性能测试。结果表明,加入适量的稀土氧化物CeO2,可促进晶粒细化,有效地减少复合层中的裂纹、孔洞和夹杂,提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度,明显改善熔覆复合层的耐磨及耐蚀性能。     

激光快速成形TC4-Ni60A梯度功能涂层的试验研究

为了提高TC4合金表面硬度,增加耐磨性,实现熔覆层间材质的渐变过渡,采用CO2激光在TC4合金表面进行了TC4-Ni60A梯度涂层的熔覆强化处理,研究分析了强化层微观组织和硬度的变化。结果表明,采用适当的成形工艺参数,可在钛合金表面制得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层,熔覆强化层材质呈现明显的梯度变化;成形层之间形成了起伏交错的锯齿状界面,均形成了良好的冶金结合;熔覆层硬度平稳过渡,梯度渐变特征良好,最外层的显微硬度可达1140 HV,明显地提高了TC4合金的磨损性能。