20钢电弧熔覆制造成形与性能研究

低碳钢在装备制造中应用广泛,但其零部件易损坏,以20钢为研究对象,采用电弧熔覆修复技术,对其废旧零部件再制造技术进行研究.采用ER49-1低碳钢焊丝,在20钢基板上进行TIG焊电弧熔覆修复试验.通过光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和拉伸试验机分析熔覆层微观结构及其性能.试验结果表明,电弧熔覆修复试样件焊缝出现细针状铁素...     

搭接中心距对电弧增材熔池流动及熔积层形貌影响的数值模拟

搭接中心距对电弧增材搭接熔积的熔池流动及熔积层形貌有重要影响,为探究其影响机理,建立了钨极气体保护焊(Tungsten inert gas welding, TIG)电弧增材成形过程的三维数值模型,研究了不同搭接中心距对熔池流动及熔积层形貌的影响。结果表明：不同搭接中心距下熔池表面温度峰值相近,约为1900 K,表面流速呈非对称的双峰式分布。当搭接中心距小时,由于第一道焊道的支撑作用,使得第二道焊道横截面熔池流动和形貌不对称,熔池深而窄,熔池流动为单向的顺时针环流,左侧流速普遍大于右侧;随着搭接中心距的增大,第一道焊道的支撑作用逐步减弱,使得搭接焊道横截面熔池流动逐渐变为以第二道焊枪中心线为对称轴,左侧顺时针、右侧逆时针的两个环流,两侧流动逐渐对称,搭接熔池宽度逐渐增大、深度逐渐减小,两焊道逐渐分离并出现波谷,当搭接中心距为6 mm时熔积层形貌最平整。模拟与试验结果基本吻合,本研究结果可为电弧增材工艺参数调控提供理论支撑。     

2219铝合金CMT电弧增材熔滴过渡行为

在冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造过程中,熔池的流动行为极易受到电弧和熔滴的影响,从而严重影响堆积层的稳定性和成形件质量.该文利用高速摄影结果及电信号参数波形图,引入热输入量计算公式,从特征电信号、熔滴过渡特征量、热输入量等方面定量分析了CMT+P模式下送丝速度及脉冲修正系数对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,同时分析了脉冲变极性冷金属过渡(Advanced CMT,CMT+PA)模式下送丝速度及控制面板上的EP/EN修正系数η对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,为后续工艺优化提供参考和指导.     

激光熔覆各向异性对Fe60合金磨损腐蚀性能的影响

The laser cladding technique has been widely used to improve the tribo-corrosion performance of metal productions. However, the microstructure of materials prepared by laser cladding can present an anisotropy due to the differences of temperature gradient along different directions during solidification. As a result, the performance of tool materials maybe fluctuate greatly with the selection of different working surfaces. Herein, in this paper, the effects of anisotropy on the tribo-corrosion performance were primarily focused on. For that, Fe60 alloy powders manufactured by laser cladding on a stainless steel substrate were selected as the research object. And then three working surfaces, i.e. parallel, incline 45° and vertical to the building direction, were respectively taken for the tribo-corrosion test. Most of efforts were mainly made to analyze the friction coefficient, open circuit potential (OCP), and wear as a function of working surfaces. In order to explore the corresponding reasons, the microstructure, mechanical properties, and worn surfaces morphologies of different testing samples were characterized as well. The results showed that the OCP decreased as wear began at the initial stage. It was ascribed to the destruction of passive film outside the testing surface. Simultaneously, the re-passive behavior also existed, which would reach a balance with the destruction when the friction tended to be stable. The wear rate became slower with the continuous friction. On one hand, it was attributed to the lower contact stress between friction pairs after a running-in stage, which could reduce the complicate mechanical interactions. On the other hand, it was closely related with the re-generated passive film. As compared with other surfaces, the 45° one had the best friction stability, corrosion resistance, and wear resistance. It was resulted from the differences of microstructure. Firstly, the higher density of grain boundaries enhanced the deformation resistance, which was beneficial to the stable contact. Secondly, the corresponding crystal orientation with lower atomic density was also responsible for the deformation resistance. In addition, the selection of 45° sample was compared with an as-casted sample under different loads. It was found that samples prepared by laser cladding had better tribo-corrosion resistance. It was closely related with the refinement of organizations caused by the rapid cooling rate. For instance, the generation of sub-grains could improve the surface hardness, and could reduce the surface activity, so that the materials resistance to mechanical damage and corrosion could be obviously improved. The tribo-corrosion performance was deeply influenced by loads. The increasing load could result in the lower friction coefficient, which was attributed to the disproportionate increase of contact area at tribology interface. Besides, the laser cladding sample had the lower sensitivity to the various load. After test, the worn surfaces of different samples were observed. It was suggested that the load and microstructure could lead to the change of physical mechanisms. Under lower load, the materials damage was dominated by corrosion and abrasive wear. As the load increased, the adhesive mechanism began to play significant roles. The research results could provide reference value in practice. © 2023 Chongqing Wujiu Periodicals Press. All rights reserved.     

激光熔覆TiZrHfCrMoW涂层在大气和模拟体液环境下的摩擦磨损行为

目的 提高钛合金表面耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在TC4基体表面制备TiZrHfCrMoW涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织结构。联合电化学工作站和摩擦磨损试验仪,分别在大气和37 ℃的0.9%NaCl模拟体液环境条件下,研究TiZrHfCrMoW高熵合金(HEA)涂层与TC4合金的摩擦磨损行为。结果 激光熔覆HEA涂层均匀致密,无明显缺陷,主要由2种BCC相及1种未知相组成,涂层平均硬度为584.6HV0.2,约为TC4基材硬度的1.6倍。在空气中滑动时,HEA涂层在0.3、0.5、1 N下的磨损率均比TC4基体低,且涂层的磨损率随载荷的增加而增加,TC4的磨损率则相反。在(37±0.5) ℃的0.9%NaCl溶液中,0.5 N载荷下TC4的磨损率是HEA涂层的6倍。HEA涂层与TC4钛合金基体相比,具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度。模拟体液环境下HEA涂层的主要磨损机制为逐层剥落和腐蚀磨损。结论 激光熔覆HEA涂层可以有效提高TC4合金的耐磨损及耐腐蚀性能。     

热锻模具电弧增材再制造技术研究进展

热锻模具是制造业中的基础工艺装备,是大规模生产的基础.由于其复杂的工作环境,热锻模具内部易产生疲劳裂纹、磨损、塑性变形等失效.将电弧增材技术引入热锻模具修复与再制造可提高模具基体材料的利用率,降低制造成本,提高锻造生产连续性.本文总结了热锻模具的主要失效形式及成因,并通过对现有修复技术比较,得出了电弧增材技术的适用性范围.分析了焊材、工序及工艺因素等对热锻模具再制造质量的影响,结合该技术已取得的进展及面临的技术瓶颈,对热锻模具电弧增材再制造技术的未来研究方向进行了展望:如研究热锻模具再制造专用焊材、匹配低热输入量增材制造工艺、建立电弧增材制造多金属层热锻模具剩余服役寿命预测模型、研发增减材净成形修复设备等.     

激光熔覆Fe-Cr-Ni合金涂层的微观组织及摩擦磨损性能

为了提高45钢的表面性能,利用激光熔覆技术在其表面制备了Fe-Cr-Ni合金涂层。以熔覆层的稀释率及宏观形貌作为涂层熔覆质量的评价指标,通过均匀试验来优化涂层的激光熔覆工艺参数。采用X射线衍射、扫描电镜、显微硬度仪和摩擦磨损试验机等研究了采用最佳工艺参数制备的熔覆层的物相、力学性能及摩擦磨损性能。结果表明：采用最佳工艺参数制备的铁基熔覆层上部由晶粒细小的等轴晶与胞状晶组成,中部由晶粒尺寸较大的等轴晶和胞状晶组成,下部由尺寸粗大的柱状晶组成;熔覆层平均显微硬度为787.38 HV0.3,约为45钢基体的3倍;与45钢相比,在40 N试验力下,Fe基合金熔覆层摩擦系数为0.27,磨损体积仅为45钢基体的7.9%,其磨损机理以粘着磨损和磨粒磨损为主,耐磨性能有显著提升。     

热锻模曲面随形电弧增材再制造工艺

为解决现有再制造方法在热锻模具型腔曲面空间下多材料分布结构不合理的问题,基于热锻模具的性能需求和型腔曲面结构特征,提出了电弧熔丝曲面随形增材再制造修复方法,规划了曲面增材路径,并开展了两层梯度材料的曲面随形电弧增材再制造实验研究。梯度增材层分为过渡层(材料为RMD535)和强化层(材料为RMD545),过渡层位于中间位置,直接与模具基体接触,强化层位于表面,直接与锻件接触。对随形增材后增材层的表面形貌和梯度层性能进行了分析。实验结果表明,曲面随形增材再制造后的表面形貌质量良好,整体尺寸偏差在4 mm以内。增材再制造层的显微硬度总体呈上升趋势,梯度值在100 HV以内,不同曲率处的硬度值和分布规律差异较小。梯度层组织从下至上呈现出贝氏体到马氏体的转变过程,碳化物逐渐增多,界面处主要元素相互扩散呈缓慢过渡趋势,整体梯度性能分布均匀一致,表面强化层的高温耐磨性更高,满足热锻模具修复再制造的梯度性能要求。     

ER8车轮钢激光熔覆涂层在酸雨环境下的磨损与腐蚀性能分析研究

目的 提高ER8高速车轮钢的耐磨和耐腐蚀性能,增强车轮使用寿命。方法 在ER8车轮钢表面制备出Fe基合金粉末和Co基合金粉末2种涂层。借助SEM、XRD、纳米压痕仪等表征设备分析涂层的金相组织形貌、物相种类和纳米硬度。利用MFT-EC4000往复电化学摩擦磨损试验仪将试样置于酸雨溶液进行摩擦磨损试验及电化学腐蚀试验。结果 涂层表面组织致密均匀,形成了良好的冶金结合,Fe基与Co基合金涂层分别呈现出“胞状”与“蜂窝状”,无明显孔洞、裂纹等缺陷。基体在低频(1 Hz)下发生轻微的磨粒磨损,中高频(2、4 Hz)下出现了严重的剥落、点蚀现象,其磨损机理主要为粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损,涂层磨损区域则无明显腐蚀与剥落现象。在高频下,Fe基涂层和Co基涂层的磨损率分别比基体减少46.10×10^–5 mm³/(N.m)和39.85×10^–5 mm³/(N.m)。同时,涂层的阻抗值显著提高,极化曲线测试结果显示,Fe基涂层、Co基涂层和基材的自腐蚀电位分别为–0.522、–0.381、–0.603 V,腐蚀密度分别为3.916、0.312、5.483 μA/cm²。结论 修复后的车轮钢样品的耐磨损性能与耐腐蚀能力得到不同程度提高,相比之下,耐磨损方面Fe基合金涂层表现得更为优异;耐蚀性方面,Co基合金涂层略强于Fe基涂层。     

搅拌摩擦焊与氩弧焊接接头摩擦磨损性能研究

分别试验了LF2铝合金搅拌摩擦焊焊接接头与氩弧焊接接头的摩擦磨损行为，试验分为3个阶段进行，转数分别为480，1200，2400转。结果表明在相同的实验条件下，搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于氩弧焊接接头，其中第一阶段磨损失质量差别不大，后两个阶段搅拌氩弧焊接接头的磨损失质量是搅拌摩擦焊接头的4~6倍。氩弧焊接接头磨损表面呈现明显的塑性变形和表层剥落开裂迹象。搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征。     

镍基合金断弧脉冲氩弧焊堆焊层组织及腐蚀磨损性能

采用断弧脉冲氩弧焊技术,在38Cr Si钢表面堆焊ERNi Cr-3镍基合金,表征了堆焊层显微组织与相结构,通过人工海水腐蚀环境下的腐蚀磨损试验,测定了电位随时间变化曲线以及腐蚀磨损各分量数值,探讨了涂层表面腐蚀磨损性能以及腐蚀与磨损间的交互作用。结果表明:堆焊层表面呈细小的柱状晶奥氏体组织,热影响区与熔合区的宽度分别约150和200μm,说明基于"一脉一弧"新型电弧特性的断弧脉冲氩弧焊技术,能够实现较小热影响区的冶金结合。镍基合金堆焊层腐蚀与磨损之间,磨损促进腐蚀量为腐蚀磨损交互作用失重的0.12%,说明磨损对腐蚀的促进作用很小;腐蚀促进磨损量占磨损分量的34.88%,说明腐蚀对磨损的促进作用较大。镍基合金堆焊层腐蚀磨损试验的电位随时间呈上升趋势,说明钝化膜破损后的再形成能力提高了其在人工海水中的耐腐蚀磨损性能。镍基合金堆焊层表层金属脆性剥离区域有明显的Cl和O元素分布,说明氯脆是导致堆焊层腐蚀磨损的重要原因之一。     

Cr3C2/WC的添加对Stellite 12熔覆层耐磨耐蚀性的影响

目的 提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能。方法 将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr3C2、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层。通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验,分别评价熔覆层的硬度、耐磨性和耐蚀性,并通过超景深显微镜对磨痕形貌进行分析。结果 添加碳化物后,熔覆层的微观组织以柱状晶和树枝晶为主,物相主要由γ-Co固溶体和碳化物(M23C6、M7C3)组成;Cr3C2的添加使得熔覆层的硬度降低,由610HV0.2降至530HV0.2,但耐磨性得到提高,磨损量由0.45 mm³降至0.33 mm³,下降了28%,耐蚀性得到提高,腐蚀电位由−0.385 V增加到−0.264 V,腐蚀电流密度由9.269×10⁻¹⁰ A/cm²降至1.496×10⁻¹⁰ A/cm²,极化电阻由3.982×10⁷ Ω.cm²提升至2.424×10⁸ Ω.cm²,提高了1个数量级;WC的添加使其硬度由610HV0.2提高至750HV0.2,磨损深度变浅,磨损量由0.45 mm³降至0.19 mm³,下降了43%,但耐腐蚀性有所降低。3种熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。结论 WC的添加可以有效提高熔覆层的硬度和耐磨性,但耐腐蚀性有所降低;添加Cr3C2后,耐蚀性得到显著提高,耐磨性略微提升,但硬度降低。     

不锈钢堆焊层抗磨损腐蚀性能的实验研究

对材料为16Mn钢的连轧机底座的磨损机理进行讨论.在16Mn钢表面进行电弧堆焊1Cr13不锈钢和等离子堆焊铁镍合金粉末,并对堆焊材料进行磨损和抗腐蚀实验.通过分析其磨损量及磨损形貌,得到堆焊层的抗磨损和腐蚀性能,从而寻找出连轧机底座修复的材料和方法.     

AlN对铁基合金等离子喷焊层组织和摩擦磨损性能的影响

目的 加入AlN提高铁基合金的摩擦磨损性能。方法 采用PTA-400E3-HB等离子喷焊设备在Q235钢表面制备添加AlN的铁基合金喷焊层。通过光学显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）研究喷焊层的组织和相结构。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机和台阶仪对喷焊层的硬度和摩擦磨损性能进行测试。结果 添加AlN的喷焊层主要物相为α-Fe、γ-Fe和(Fe,Cr)7C3。未添加AlN的喷焊层由等轴晶组成,添加AlN的喷焊层呈现柱状树枝晶,且随AlN量增加,树枝晶组织愈加粗大。添加1%AlN喷焊层的平均显微硬度最高,为(890.1±46.8)HV0.3,比铁基喷焊层的显微硬度高131.6HV0.3;当AlN含量增加,未转变奥氏体量增加,导致喷焊层的硬度降低。加入AlN的喷焊层的摩擦系数均降低,摩擦系数稳定在0.40~0.57之间。当AlN添加量为3%时,喷焊层的磨损形貌最光滑,磨损率为1.15×10-14 m3/(N?m)。添加AlN后,喷焊层的磨损机理从之前的粘着磨损变为磨粒磨损。结论 添加AlN能提高铁基喷焊层的摩擦磨损性能。     

搅拌摩擦焊与手工电弧焊接头电化学腐蚀性能研究

通过测定H65铜合金搅拌摩擦焊接头和手工电弧焊接头在3.5%NaCl溶液中的开路电位和极化曲线,研究其电化学腐蚀性能。结果表明,搅拌摩擦焊接头的抗腐蚀性能优于手工电弧焊接头。搅拌摩擦焊接头微观组织的细化、均匀化和致密化降低了晶界和晶粒在电化学上的不均匀性。手工电弧焊接头脱锌层和基体界面处产生的拉应力对抗腐蚀性能有较大影响。     

准贝氏体钢渗碳层耐磨性及磨损机制研究

研究了准贝氏体钢销盘磨料磨损和冲击磨料磨损的耐磨性和磨损机制，确定了回火温度对耐磨性的影响，探讨了残余奥氏体的机械稳定性及其对耐磨性的作用。结果表明：准贝氏体钢渗碳层的耐磨性接近或优于18Cr2Ni4WA钢；以微切削型磨料磨损为主的准贝氏体钢渗碳件，宜采用180℃回火，以应变疲劳型磨料磨损为主的准贝氏体钢渗碳件，宜采用280℃回火；残余奥氏体的机械稳定性对材料的耐磨性具有重要作用。对于微切削型磨料磨损，机械稳定性高的残余奥氏体不利于提高耐磨性；对于应变疲劳型磨料磨损，机械稳定性高的残余奥氏体明显提高耐磨性。     

球墨铸铁与低碳钢摩擦焊接的研究

通过试验研究了铁索体球墨铸铁与低碳钢异种材料的摩擦焊接头的组织性能，探讨了其摩擦焊接性。结果表明，在合适的焊接工艺参数下，球墨铸铁与低碳钢的焊接接头成型良好，具有一定的强度，采用摩擦焊的方法焊接球墨铸铁与低碳钢是可行的。     

球墨铸铁与低碳钢摩擦焊接的研究

通过试验研究了铁素体球墨铸铁与低碳钢异种材料的摩擦焊接头的组织性能,探讨了其摩擦焊接性。结果表明,在合适的焊接工艺参数下,球墨铸铁与低碳钢的焊接接头成型良好,具有一定的强度,采用摩擦焊的方法焊接球墨铸铁与低碳钢是可行的。     

搅拌摩擦焊接头区域的摩擦磨损性能

通过测定失重量和摩擦力矩的波动情况,得出在不同工艺参数条件下试样的抗磨损性和摩擦系数的变化规律。实验结果表明:搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于母材,当正压力从50N增加到100N时,母材的失重量增加近6倍,母材的失重量在同等加载情况下是焊缝的10￣20倍。实验还表明搅拌摩擦焊接头的摩擦力矩较小并且波动平缓。