铝合金表面激光熔覆铜合金层中的裂纹及其有限元分析

采用激光熔覆方法在铝合金表面得到了铜合金熔覆层,试验观察到在熔覆层与基体表面界区域易于产生宏观裂纹,在熔覆层顶层易于产生微观裂纹。利用MSC／NASTRAN有限元分析软件对熔覆层横断面内平面残余热应力进行了模拟分析,得出了其残余热应力分布,解释了涂层中的裂纹现象。     

多道次激光熔覆温度场与应力场有限元分析

利用ANSYS软件,基于遗传算法和神经网络对多道激光熔覆温度场和应力场进行有限元分析,发现多道熔覆过程中,温度场椭圆偏向已形成熔覆层的一侧;多道熔覆前面道次的熔覆相当于对后续的熔覆有预热作用;熔覆层纵向应力最大,横向应力次之,厚度方向应力最小;而熔覆层中心一直处于拉应力状态;纵向拉应力高出横向和厚度方向应力几倍,并且在熔覆层与基体结合区域达到最高值。因此推断横向裂纹是最主要的裂纹形式,而且熔覆层心部或与基体结合区是裂纹高发区,这与试验结果相吻合。     

钢表面激光熔覆镍基合金涂层裂纹控制的研究

在对45钢表面激光熔覆镍基合金涂层组织、相分析的基础上,对熔覆层裂纹的形成机理进行了研究,热应力、硼化物的偏聚和熔覆层中的夹渣是导致熔覆裂纹产生的主要原因.为了消除裂纹,采用超声振动激光熔覆的方法,制备了超声振动激光熔覆Ni60B涂层和超声振动激光熔覆Ni60B+1％Y2O3涂层,并对它们的显微组织和裂纹情况进行了分析.结果表明,超声振动对镍基合金熔覆层裂纹有很好的抑制作用,通过添加适量的稀土元素,制备了成形良好无裂纹的涂层.     

定向凝固Ni基熔覆涂层热震行为

采用激光熔覆定向凝固技术修复损伤定向凝固涡轮叶片,研究熔覆层在1000℃高温下的热震性能.自配粉末l和粉末2制备熔覆层进行对比.热震实验结果表明:粉末2熔覆层抗冷热冲击性能优于粉末1熔覆层;366次热震实验后,粉末1熔覆层组织开裂,基本剥离基体,熔覆层失效;404次热震实验后,粉末2熔覆层部分剥离基体,熔覆层内部分布着细小的裂纹,多数裂纹平行于结合带方向,熔覆层失效;熔覆层失效首先是由于熔覆层与基体结合带产生裂纹;熔覆层内部产生裂纹大多产生于层与层之间的过渡区域;为提高涂层抗冷热冲击性能,应减小熔覆层与基体的热膨胀系数差异,采用合适的工艺参数,减小层与层之间的横向应力,保证多层熔覆层之间的良好过渡.     

激光重熔对TC4钛合金表面Al2O3-ZrO2激光熔覆层形貌组织、元素分布和裂纹敏感性的影响

目的 减少裂纹数目,改善TC4合金基体表面激光熔覆涂层的表面形貌和裂纹敏感性。方法 采用激光重熔工艺对激光熔覆后的熔覆层进行后处理。通过有限元与试验相结合的方法,研究激光重熔处理对Al2O3-ZrO2熔覆层表面形貌、组织演变及裂纹敏感性的影响规律,并探讨其影响机理。激光熔覆完毕后,再次进行激光扫描,得到重熔涂层,并采用扫描电镜和维氏硬度计对激光熔覆与激光重熔涂层的熔覆形貌、微观组织、裂纹情况、元素分布及断裂韧性进行观察与测试。结果 有限元仿真结果表明,熔覆涂层从热影响区到熔覆层顶部的温度由660.23 ℃升至3 122.3 ℃,激光重熔涂层温度则是由927.61 ℃升至2 772.9 ℃。此外,重熔涂层在Z方向上的残余应力明显下降,且残余应力曲线平缓,应力梯度较小。激光重熔工艺可以明显缓解熔覆涂层结合区的温度梯度和残余应力。通过对涂层进行观察检测发现,激光重熔涂层表面起伏状况得到缓解,表面裂纹数目减少。重熔涂层平面晶数量较少,组织致密,使得裂纹发生穿晶扩展,裂纹扩展能量不断消耗,有效阻碍了裂纹延拓。激光重熔工艺可以均化元素分布,使重熔涂层的断裂韧性提升至9 MPa.m^1/2以上,有效提高了涂层的断裂韧性,改善裂纹的敏感性。结论 通过激光重熔,熔覆层表面起伏变小,裂纹数目明显减少,断裂韧性和结合强度得到明显提高。     

微锻造作用下激光熔覆层应力变化数值模拟

综合考虑了熔覆层热应力与由微锻造作用产生的应力共同作用的结果,并建立了合理的数值分析模型。利用有限元法进行计算模拟。结果表明:微锻造前,熔覆层的热应力主要表现为拉应力,这也是导致裂纹产生的主要原因;微锻造后,熔覆层的应力由拉应力转变为压应力,这样能很好地改善和消除熔覆层裂纹。模拟分析得出锻造前、后熔覆层应力分别为228.73、-775.37 MPa,与实验所测量的数据相近似,从而验证了模型的准确性。     

多道激光熔覆应力场的模拟分析

实现了对应力场随时间变化的动态模拟分析,发现熔覆层纵向应力最大,横向应力次之,厚度方向应力最小;熔覆层中心一直处于拉应力状态并产生拉伸塑性变形;三向拉应力在材料进入弹性状态后,表现为横向和厚度方向上的拉应力明显下降,纵向应力基本保持不变;对于材料的拉伸或压缩塑性变形,热应变起到决定作用;分析送粉式激光熔覆内应力的产生机理表明,熔覆层中心靠近基体区域对裂纹最敏感,该区域处于第三类主应变状态.     

表面Ni-Co/WC复合熔覆层的组织与三点弯曲性能

在ZG45表面采用真空熔覆技术制备了Ni-Co/WC复合熔覆层,通过SEM、EPMA和XRD观察并分析了熔覆层的显微组织结构和相组成,通过三点弯曲试验研究了熔覆层的弯曲行为,并分析了断口形貌和断裂机理。结果表明,WC颗粒在镍-钴基合金中呈现网状分布,熔覆层的主要组成相有WC、Cr7C3、Cr23C6、Ni3Si、Fe Ni3和镍-钴基固溶体;三点弯曲试验表明,Ni-Co基合金熔覆层与基体结合良好,即使熔覆层朝下承受拉应力时试样自拉应力最大的熔覆层表面开始产生延伸至基体内的纵向裂纹,并无沿结合界面的横向裂纹,而Ni-Co/WC复合熔覆层却在弯曲过程中与基体沿界面发生剥离;断裂试样的基体断口有大量韧窝,基体区域属于韧性断裂,而Ni-Co/WC复合熔覆层的断裂方式包括穿晶断裂和沿晶断裂。     

WC含量对激光熔覆Al_2O_3/TiO_2涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备了Al_2O_3/TiO_2涂层,研究了添加不同含量WC对熔覆层裂纹和组织性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDAX)、X射线衍射分析仪(XRD)和显微硬度计研究了激光熔覆涂层的显微结构,分析了涂层的裂纹率、成分分布、相组成和显微硬度分布情况。结果表明:当WC含量为0%~20%(质量分数)时,随着WC的增加,涂层表面裂纹明显减少;添加20%WC时,熔覆层表面无裂纹,涂层与基体结合良好;添加30%WC时,熔覆层表面裂纹明显增多,涂层与基体结合区产生较大裂纹,并伴有一些细小的气孔。熔覆层内有许多未熔的Al_2O_3颗粒,同时,随着WC含量的增加,涂层的晶粒越来越细化,组织分布更加均匀,涂层的显微硬度明显增大。     

Ni含量对Fe－Cr－Ni合金激光熔覆层性能及开裂敏感性的影响

Ｎｉ含量对Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ合金激光熔覆层性能及开裂敏感性的影响宋武林，朱蓓蒂，曾晓雁，崔昆（华中理工大学）金属涂层开裂是激光熔覆工艺中一个难题。发生开裂的主要原因是涂层形成过程中产生的各种应力，其中包括热应力、组织应力和拘束应力。这些应力的大小多与涂...     

激光熔覆高温自润滑覆层的裂纹成因与控制

分析了激光熔覆高温自润滑覆层裂纹的形成原因,讨论了裂纹的影响因素及控制措施。结果表明:在覆层拉应力的作用下,柱晶间界及低熔点液态润滑相富集区域极易产生结晶裂纹。在保证覆层功能的前提下,优化复合粉末的组分,抑制柱状枝晶的长大;采取梯度复合覆层工艺及熔覆工艺参数优化,改变覆层的组织结构,提高覆层的韧性;同时采取措施调整覆层应力状态,降低热应力作用,可以有效控制覆层的裂纹倾向。     

激光熔覆WC-Ni基超硬梯度复合涂层的组织与性能

利用激光宽带熔覆技术在45钢表面制备了WC-Ni基超硬梯度复合涂层.对激光熔覆层用SEM、EDS、XRD进行观察和分析.对比研究了单一熔覆层、梯度熔覆层的熔覆层形貌、缺陷状态、硬度及其分布.结果表明,单一熔覆层易出现宏观裂纹、界面处熔合差等缺陷;梯度激光熔覆层逐级过渡的结合形式缓解了应力集中,使应力合理分布.在优化的工艺参数下,通过连续控制微观结构要素,可以实现成分、组织的梯度变化,获得无气孔、无裂纹的梯度熔覆涂层.其中,梯度熔覆层组织主要是由γ-Ni、WC等相组成,涂层的硬度值从熔覆层至基体呈梯度降低趋势,外层平均硬度可达2000 HV0.1以上.     

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.     

镍基高温合金表面激光熔覆Inconel738合金层的开裂行为

针对镍基高温合金叶片强化与修复的需求,在高温合金K438基体上激光熔覆Inconel 738合金涂层。分析了基体组织及熔覆层中微观缺陷对熔覆层裂纹的影响。结果表明,激光熔覆时大多数裂纹是从基体一侧形成后深入到熔覆层中或产生于层与层之间的搭接区,裂纹沿晶界扩展。沿晶界分布的低熔点共晶物是主要的裂纹源。激光熔覆时,晶界处的γ/γ′低熔点共晶物熔化,形成晶界液膜,冷却时,在残余拉应力的作用下被拉开,形成裂纹,裂纹一旦形成就会沿晶界迅速扩展。     

Ni基合金与WC混合粉末的激光熔覆层组织

为了提高矿山机械零部件的耐磨性能及使用性能,采用激光熔覆方法在45#钢基体上制备了Ni基合金与WC混合粉末的复合涂层,研究了熔覆层的物相组成、WC颗粒在Ni基合金涂层中的分布,以及加入50%WC颗粒后Ni基合金涂层的裂纹敏感性、显微组织、成分及硬度。结果表明,合理的工艺参数使WC颗粒分布均匀,与基体结合牢固,并保持原始的形状;熔覆层内没有裂纹产生;熔覆层与基体之间形成了冶金结合;熔合线附近由亚共晶组织(初晶的富Ni奥氏体γ-Ni与共晶组织)构成;熔覆层中上部由过共晶组织(初晶的碳化钨与共晶组织)构成,初晶碳化钨的形态有珊瑚状、等轴晶状、柱状及交互结晶状等;激光熔覆层硬度是45#钢基体的5倍以上。     

Cr12MoV模具钢的激光熔覆

利用不同的激光工艺参数对Cr12MoV模具钢表面进行熔覆试验，探讨了熔覆层裂纹和气孔产生的趋势和工艺参数对熔覆层深度的影响，研究了表面微观硬度的分布及其原因、熔覆层耐磨性能的提高幅度以及组织结构的变化。结果表明，采取适当工艺措施，可以完全消除熔覆层的气孔，减少横向裂纹；表面硬度在不同程度上都得到提高，硬度峰值出现在次表层；激光熔覆层的耐磨性能可以提高47％－76％；微观结构是由平面晶和枝晶构成的共晶组织，并有多种合金相分布在枝晶间。     

YG8硬质合金表面激光熔覆WC/TiC/Co涂层的组织及性能

通过激光熔覆方法在YG8硬质合金表面制备WC/TiC/Co涂层,借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)观察组织结构并分析其物相组成,并对其显微组织、硬度分布和摩擦磨损性能进行了观察和测量。结果显示:涂层表面平整,与基体结合紧密,截面形貌良好没有明显缺陷。表层和两侧存在未熔的WC颗粒,熔覆层中WC颗粒消失,新产生的组织分布均匀。受激光影响,热影响区中的WC晶粒发生重结晶和再结晶。熔覆层主要物相为WC、W₂C、(Ti,W)C_1-x、M₆C(Co₄W₂C、Co₃W₃C)等,这些硬质相和碳化物的生成及弥散分布提高了熔覆层性能。通过测量,熔覆层硬度分布在1700~1800 HV0.5,最高为1783 HV0.5,高于YG8硬质合金,而热影响区和基体的硬度则稍有下降;耐磨性也有大幅提高,熔覆层体积磨损量比YG8合金减少90.67%,平均摩擦因数为0.293,主要磨损形式为磨粒磨损。     

激光熔覆Ni基复合涂层气孔及裂纹敏感性的研究

对激光熔覆Ni基复合涂层内气孔的类型及形成机理,裂纹的形态、萌生机理及影响因素等进行了研究。结果表明,涂层内气孔出现在熔覆层表层及底层,气体主要来源于熔覆环境,也可能是熔覆过程中各组分相互反应而生成;裂纹从形态上分为垂直裂纹和水平裂纹两大类,其产生与熔覆层内的低熔共晶密切相关,涂层成分、夹杂物含量、激光比能对裂纹敏感性均有一定影响。     

喷砂添加微裂纹对CVD涂层硬质合金综合性能的影响

本文采用干喷砂法对CVD涂层硬质合金进行表面处理,在涂层中添加了不同裂纹间距的微裂纹.通过4种不同裂纹间距的横向断裂强度(TRS)样品和涂层硬质合金刀片样品,借助断裂强度试验机、X射线应力检测仪、扫描电镜、压痕试验机和切削试验,研究了微裂纹间距对涂层硬质合金横向断裂强度、残余应力、涂层结合强度、刀片抗崩裂性和耐磨性的影...     

Ni含量对Fe—Cr—Ni合金激光熔覆层性能及开裂敏感性的影响

金属涂层开裂是激光熔覆工艺中一个难题，发生开裂的主要原因是涂层形成过程中产生的各种应力，其中包括热应力，组织应力和拘束应力，这些应力的大小多与涂层的物理性能相关，目前激光熔覆用合金常沿用传统的热喷涂合金粉末，但激光熔覆有其独特的工艺特点，为了获得良好的熔覆质量，必须配制与之相适应的熔覆合金末，本文探讨合金粉末的化学成分对熔覆层的物理性能及其开裂敏感性的影响，试图为激光熔覆合金用粉末的设计提供理论主