脉冲激光熔覆Inconel 718涂层热行为数值模拟及其对显微组织的影响

目的 揭示脉冲激光作用下Inconel 718合金涂层凝固传热行为的演化机制,改善涂层中Nb、Mo元素偏析现象,提升Inconel 718合金熔覆涂层的力学性能,为优化Inconel 718熔覆涂层质量提供理论依据。方法 综合考虑物性参数随温度、脉冲激光热源、粉末传输形式,以及凝固过程中相变潜热对涂层凝固热行为的影响,构建脉冲激光熔覆传热模型。基于数值模拟技术和激光熔覆试验,利用VHX-2000电子显微镜对涂层显微组织形态进行分析验证,采用日立SU8010场发式扫描电镜观察分析显微组织和元素偏析情况,并使用显微硬度计测试涂层的硬度值。结果 由数值模拟分析结果可知,脉冲激光涂层的冷却速度、温度梯度、凝固速度均大于连续激光涂层,其枝晶生长细密且No、Mo元素呈弥散分布,显微组织自底向顶以平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴枝晶等形式存在,Laves相的体积分数降低至2.93%,在细晶强化和固溶强化作用下,熔覆涂层的平均显微硬度提升至307HV0.1。结论 脉冲激光涂层热行为数值模拟分析结果符合Inconel 718涂层组织形态快速凝固变化的规律,数值模型可靠。脉冲激光形成的高冷却速度和高温度梯度,能在一定程度上抑制Inconel 718合金涂层中Nb、Mo元素的偏析,离散并细化γ枝晶组织,降低Laves相的体积分数,显微组织在细晶强化和固溶强化双重作用下,提升涂层的力学性能。     

Inconel718合金件裂纹产生原因分析

对Inconel718合金件在使用过程中裂纹产生的原因进行分析。结果表明：合金件在服役过程中主要受冷热应力与O、S元素的影响,过渡区域的棱边为应力集中区域,在热应力作用下为最容易破坏的位置。合金在服役过程中O和S扩散进基体,产生了氧化及硫化作用,使基体产生了氧化物和硫化物产物的的U型凹坑,加剧了应力集中区域的缺口敏感性,从而在冷热应力的作用下产生裂纹。裂纹的产生更易于O、S等有害元素向基体扩散,在应力作用下促使裂纹进一步扩展。在腐蚀、动态应力开裂、再腐蚀、冷热应力的作用下裂纹进一步扩展,是导致合金件失效的原因。     

K418合金表面激光再制造Inconel718高温合金涂层性能研究

针对K418高温合金叶轮高温、高转数工况下形变超差大,再制造成形层力学性能降低的领域研究热点,基于波形可调制脉冲激光优化工艺,再制造Inconel718高温合金成形层。采用金相显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计对该合金涂层的显微组织形貌、相结构、界面成分分布、基本力学性能进行研究。结果表明:涂层与基体间为致密的冶金结合,涂层中部为粗大的树枝晶,与激光扫描方面成30o^45o角,由涂层中部到顶部及底部,分别退化为等轴晶和胞状晶;成形层显微硬度为4100~4400 MPa,略高于基体;晶内及晶间析出少量Laves相,减少了对成形层硬脆性的影响;摩擦磨损系数较基体略有降低,但仍符合再制造要求。     

激光熔覆工艺特性及裂纹敏感性研究

通过对Ni基和Co基合金在45钢、2Cr13钢基材上的激光熔覆工艺的定量研究,运用正交试验法确定了影响熔覆层裂纹形成的主要因素,并提出 控制和消除熔覆层裂纹的工艺方法。     

Inconel 718合金激光处理的研究

采用Nd：YAG固体激光器在连续激光能量输入方式下对Inconel 718镍基超耐热合金进行表面激光处理，研究了激光处理工艺参数对该合金的微观组织、表面残余应力状态及疲劳性能的影响。结果表明：合金经激光处理后，原基体内弥散分布的γ″强化相及晶间片状δ相会溶解于基体γ相内，使得合金表面硬度下降，下降幅度约为50％；经低角度XRD检测，x、y方向表面残余应力均为拉应力；经激光处理的带缺口试样疲劳强度低于母材。     

6061Al合金表面激光熔覆Ni基合金的组织及性能

将NiCrBSi合金粉末预涂于6061Al合金表面，采用高功率连续波2kWNd-YAG激光器进行激光表面熔覆处理。试验结果表明，铝合金对于波长1．06gm的激光具有很高的吸收率，选用合适的激光加工工艺参数和Ar气保护，可在铝合金表面获得致密的Ni—Al合金激光表面改性层，熔覆层的组织以Ni-Al金属间化合物为主，改性层的硬度Hv高达9000MPa以上，且与基体呈现良好的冶金结合。在3．5％NaCl水溶液中的阳极极化曲线测定及摩擦磨损试验结果表明，Ni基合金改性层明显改善了6061Al合金的电化学腐蚀及摩擦磨损性能。     

激光熔化沉积WC复合Inconel 718合金微观组织及磨损性能

目的 解决Inconel 718合金在工程应用中存在的磨损失效等问题,探究碳化钨(Tungsten Carbide,WC)对Inconel 718合金磨损性能的增强机理。方法 通过激光熔化沉积技术制备Inconel 718及WC/Inconel 718涂层,通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM) 和X射线衍射(X–ray diffraction,XRD)等测试手段对Inconel 718合金和WC/Inconel 718复合材料的微观组织和物相组成进行观测,探讨其微观组织演变机理;通过硬度测试和摩擦磨损测试对WC复合Inconel 718合金的硬度、摩擦磨损性能及WC复合强化机理进行研究。结果 涂层的微观组织主要由柱状晶、胞状晶和少量等轴晶组成,加入WC后复合材料的晶粒组织比Inconel 718合金的晶粒组织略微细化;Inconel 718合金主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)和Fe3Ni2等物相组成,WC/Inconel 718主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)、AlCoCrW、CrNi15W和Cr–Ni–Fe–C等物相组成;WC的加入使Inconel 718合金的硬度略有提升,磨损率降至未添加WC时的65.3%,磨损机制以黏着磨损和磨粒磨损为主。结论 WC颗粒在Inconel 718基体中起到了强化硬质颗粒的作用,部分WC颗粒的熔化提高了合金基体的硬度,且生成的高硬度金属化合物与未熔解的球形WC颗粒在Inconel 718合金基体中起到了阻碍晶粒边界运动的钉扎效果,对提升Inconel 718合金的磨损性能有很大帮助。     

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。     

TiC添加量对高能激光熔覆Inconel718基陶瓷涂层显微组织和摩擦磨损性能的影响

目的 针对Inconel718镍基高温合金耐磨性不足的问题,制备小尺度TiC增强Inconel718镍基高温合金耐磨复合材料,提升其硬度及耐磨性.方法 利用4000 W高能激光束快速熔融制备TiC/Inconel718基陶瓷复合涂层,并针对TiC质量分数分别为5％、15％、25％的复合涂层,依次进行物相成分、显微组织、压痕硬度、摩擦磨损性能等方面的分析.结果 随着TiC含量的增加,γ-(Ni,Cr,Fe)基体上析出的TiC小尺度颗粒逐渐增多,显微组织明显细化,TiC晶界处偏聚了大量Nb、Mo元素,并与Ti元素置换生成了铌、钼类碳化物.同时,(Nb,Ti)C复合型碳化物和Laves相的析出,进一步提升了复合涂层的显微硬度,由297 HV0.2逐步提升至408 HV0.2,摩擦系数从0.3402降低至0.2628,磨损率从35.15×10–4 g/(N·m)减少至5.96×10–4 g/(N·m),磨损机制由严重的粘着磨损转变为以磨粒磨损和氧化磨损为主.结论 通过高能激光熔覆制备小尺度TiC增强体颗粒,可细化复合涂层的显微组织,其显微硬度随TiC含量的增加而相应提高.在磨损试验过程中,TiC/Inconel718陶瓷复合涂层表现出良好的减摩和耐磨性能.     

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。     

Inconel 718合金电子束熔覆稀释率的数值仿真与实验

基于Ansys软件仿真电子束熔覆过程中的温度场分布规律，估测熔覆层截面熔化深度、熔化宽度值，进而通过仿真估测熔覆层稀释率值的大小，随后进行电子束熔覆实验并计算稀释率的实际值，对比模拟值与实际值的情况，确认通过仿真可得出电子束熔覆的稀释率值。测试熔覆后试样的显微硬度和典型试样的耐磨性能，结果表明稀释率值小的试样，熔覆层的质量更优异。     

低温形变热处理对Inconel718合金组织的影响

利用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪研究了低温形变热处理时冷轧变形道次及不同变形量对Inconel 718合金中金属间化合物γ＂相和δ相的分布、形貌和数量的影响.结果表明：随着变形量的增加,析出相由晶内和晶界析出逐渐转变到形变带及位错墙处析出,δ相形状由针状过渡到短棒状或颗粒状,γ＂相的尺寸逐渐减小.形变既促进γ＂相的析出又促进γ＂相向δ相的转变.γ＂、δ相的含量随变形量的增加而增加,两道次冷轧的低温形变热处理工艺提高了δ相的含量,却减少了γ＂相的量.     

选区激光熔化Inconel 718合金的熔池形态与组织

通过不同扫描速度和扫描方式的选区激光熔化(SLM)技术制备了Inconel 718合金,研究了工艺参数对熔池的形态、凝固组织、晶粒大小和晶粒取向的影响。结果表明,随着扫描速度增加,熔池的深度与宽度的比值增大,曲率增大;而扫描速度为1 450mm/s时,采用单向扫描比十字交叉扫描时深宽比值更大。在熔池内,凝固组织由熔池底部的胞晶向熔池侧面的胞枝晶转变。晶粒以<001>方向择优生长,其晶粒间的取向差角以小角度(<15°)为主。当十字交叉扫描时,随着扫描速度增加,小角度取向差角的分布分数增加。当速度一定、采用十字交叉扫描时,小角度的取向差角占比为62.57%,而采用单向扫描时为47.69%。     

Mechanical and tribological behaviors of graphene/Inconel 718 composites

Graphene/Inconel 718 composites were innovatively synthesized through selective laser melting, and the mechanical and tribological performances of the grapheme-reinforced Inconel 718 matrix composites were evaluated. The composite microstructures were characterized by XRD, SEM and Raman spectroscopy. The results show that selective laser melting is a viable method to fabricate Inconel 718 matrix composite and the addition of graphene nanoplatelets leads to a significant strengthening of Inconel 718 alloy, as well as the improvement of tribological performance. The yield strength and ultimate tensile strength of 1.0% graphene/Inconel 718 composites (mass fraction) are 42% and 53% higher than those of pure material, and the friction coefficient and wear rate are 22.4% and 66.8% lower than those of pure material. The decrease of fraction coefficient and wear rate is attributed to the improved hardness of composites and the formation of graphene nanoplatelet protective layer on the worn surfaces.     

选区激光熔化成形Inconel 718合金孔隙缺陷的研究

目的 研究选区激光熔化成形Inconel 718合金的孔隙缺陷,对缺陷进行科学分类并探究其形成机制,建立熔池溅射特征与缺陷形貌的对应关系,优化工艺参数,抑制缺陷产生。方法 采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）分别对Inconel 718粉末的显微组织和化学成分进行观测,使用数字视频显微镜分析成形件内部缺陷,利用高速摄像机拍摄金属液滴的动态飞溅过程,并定量分析溅射特征参数。结果 随着激光功率的增大,能量密度升高,总的溅射数量增大,孔隙数量增多;当扫描速度增大时,能量密度降低,总的溅射面积减小,孔隙尺寸变小。当缺陷的圆度Circ≥0.731或纵横比AR≤1.368时,缺陷形貌由不规则向规则演变。当能量密度E=95.24 J/mm3时,相对致密度达到99.94%。经测量,所有样品的孔隙率和孔隙尺寸的平均值分别为2.249%和2.774 μm2。结论 孔隙缺陷可分为不规则的匙孔缺陷和规则的气孔缺陷两类,存在发生演变的圆度/纵横比门槛值。熔池震荡引起溅射特征变化,对应产生不同形貌特征的缺陷。减小激光功率和增大扫描速度可降低能量密度,使熔池震荡程度减弱,从而抑制缺陷产生,提高成形件的相对致密度。