离焦量对中空环形激光熔覆层温度场及应力场的影响

为减小光内送粉激光熔覆层的残余应力,研究了不同离焦量对熔覆层温度场和应力场分布的影响规律。采用数值模拟与实验验证相结合的方法分别对离焦量为0、-1 mm、-2 mm、-3 mm、-4 mm的温度场及应力场进行了研究。结果表明：采用负离焦量的温度分布更为均匀,熔覆层内的残余应力更小;离焦量增大时,激光扫描方向上的残余应力随熔覆层深度增大逐渐减小。     

离焦量对农机深松铲Ni60表面熔覆层质量的影响

研究激光熔覆过程中离焦量对农机深松铲表面熔覆层质量的影响。在扫描速度和送粉电压不变的情况下,分析不同的离焦量对熔覆层的维氏硬度和金相组织的影响,确定离焦量的最优值。结果显示:离焦量为360 mm时,熔覆组织均匀,晶体细小的熔覆层、细小、高硬度、耐磨性、耐腐蚀性均良好。适宜的离焦量有利于获得最佳性能。     

激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化,进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题,对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层,并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布,探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明：涂层表面和内部为残余压应力,在涂层基体熔合线处残余应力发生突变,热影响区表现为残余拉应力;激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响,当激光扫描路径为轮廓偏置式、激光功率为1.8 kW、扫描速度为0.02 m/s时,涂层具有最优的残余应力分布和成形质量;残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。     

激光熔覆镍基碳化钨工艺研究

利用IPG光纤激光器YLR-3000激光加工系统,探究45#钢表面多道激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末最佳工艺参数。首先通过改变单因素变量,得出单道激光熔覆时最佳激光功率、送粉电压和扫描速度,进一步确定离焦量和搭接率的选取,最后进行激光熔覆梯度涂层实验。单道实验中最佳工艺参数为激光功率1200W、送粉电压7V、扫描速度2mm/s,离焦量3mm,表面洛氏硬度(HRC:60)是基体(HRC:22)的3倍;当Ni60A粉末作为底层材料时,平均洛氏硬度是基体(HRC:22)的2.5倍,熔覆层厚度均匀且熔池深度基本保持不变,第一道与最后一道熔覆层的高度差仅为0.10mm,当Fe基合金粉末作为底层材料时,高度差0.28mm;熔覆层组织晶粒的形状在扫描方向上呈现出逐渐增大,熔覆层底层与上层冶金结合很好,其组织晶粒过度连续;熔覆层上层显微硬度分布均匀,约是基体的3倍。激光熔覆梯度涂层材料且上层材料为自熔性镍基碳化钨粉末时,底层材料选择Ni60A粉末,得到的涂层成形质量更佳,最佳工艺参数为激光功率1200W、送粉电压7V、扫描速度2mm/s、离焦量3mm、搭接率25.47%。     

损伤轴面激光熔覆修复残余应力测量及分析

残余应力直接影响激光熔覆修复机械零件的结构强度和安全性能,为了掌握损伤轴面激光熔覆修复后的残余应力分布情况,以40Cr钢零件轴为基材,Ni60自熔合金粉末为熔覆材料,采用脉冲激光熔覆工艺制备零件轴表面修复试件,利用盲孔法对零件轴修复试件进行残余应力分布特性分析。结果表明,在轴面激光熔覆的镍基合金修复层中产生了不可忽略的残余拉应力,高应力区位于熔覆层始末两道上;轴线方向检测点上X方向残余应力呈"M"形分布,Y方向残余应力呈"Λ"形分布,σx值较高,接近基材屈服强度的45. 9%,而圆周方向检测点的X方向和Y方向残余应力相对稳定,最大拉应力约为200 MPa;激光扫描路径对轴面熔覆层的残余应力值的影响大、分布形状的影响小,螺旋路径熔覆产生的残余应力值较低,更适合圆周面修复,但熔覆层始末两道边沿处的残余应力比中间部位高,有必要采取适当措施进行消应力处理,以获得优良的修复效果。     

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。     

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。     

温度场分布对Ni60A熔覆层组织的影响

由于激光熔覆过程的工艺复杂性和材料结晶的多样性对熔覆层性能影响较大，为研究熔覆层的微观组织，从不同工艺参数出发，通过Abaqus仿真得到不同工艺参数下的温度场分布情况，然后计算出熔覆层不同深度的温度梯度、凝固速度和凝固方向，讨论了柱状晶开始转化等轴晶G/R图内的CET曲线位置及其与仿真温度场特征曲线的关系，分析了熔池凝固时定向流动对枝晶生长中断的影响。对比实验结果，较大线能量可以提高熔覆层中柱状树枝晶的比例，使组织结构紧密均匀，减少熔覆层内因硬质相分布不均导致的缺陷生成量。同时也要控制工艺参数防止其生长到熔覆层顶部。工艺参数也会影响稀释率，较大的稀释率会改变金相成分，提高熔覆层与基体性能的一致性，从而提高熔覆层断裂强度。     

冷热搭接对激光熔覆涂层组织及性能的影响

通过热搭接和冷搭接两种方法,在45#钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末,原位自生硬质涂层,探究两种搭接方法对熔覆层组织和性能的影响。实验所采用的激光熔覆工艺参数为离焦量3mm,送粉电压7V,扫描度2mm/s,搭接率25.47%,激光功率1200W,冷搭接中每一道熔覆完成后停留20min再进行下一道加工,热搭接则一次性完成多道激光熔覆,每道间无加工停留时间;使用洛氏硬度机(HR-150DT)测量熔覆层表面硬度,通过金相显微镜对熔覆层金相组织进行观察分析,并利用显微硬度计(HVS-1000)分析熔覆层截面硬度。热搭接熔覆层洛氏硬度沿多道熔覆方向逐渐降低,而冷搭接熔覆层的平均洛氏硬度几乎保持不变,约为基体材料(HRC:22)的2.5倍;热搭接熔覆层与基体交界处存在气孔等缺陷,晶粒尺寸逐渐增大,而冷搭接熔覆层与基体冶金结合比较牢固,沿交界处垂直方向晶粒由枝状晶到等轴晶,组织性能良好;冷搭接熔覆区显微硬度分布较均匀,与基体相比提高约3倍。多道激光熔覆采用冷搭接方法,所得到的熔覆层组织和性能较好。     

H13钢表面激光熔覆铁基合金粉末的工艺研究

为探究H13钢表面激光熔覆铁基合金粉末试验中工艺参数对熔覆层表面硬度和几何尺寸的影响规律并得出最佳工艺参数,试验对不同数值的激光功率、扫描速度和送粉电压所得单道熔覆层进行了表面硬度测量、显微组织观察和显微硬度测量等分析。结果表明,当扫描速度和送粉电压一定时,激光功率增加会使得熔池深度和熔覆层厚度增加,表面硬度则会先增加后降低;当扫描速度和激光功率一定时,送粉电压增加会使得熔池深度和熔覆层高度变化,表面硬度则先增加后降低。通过对峰值对应的熔覆层进行金相组织观察发现,熔覆层晶粒细小且排列紧密,并与基体形成了良好的冶金结合。熔覆层截面显微硬度分布表明,其熔覆层的平均显微硬度明显高于基体。     

宽带激光熔覆高硬度火焰喷涂层组织和裂纹行为

对镍基合金火焰喷涂层进行宽带激光熔覆试验,分析熔覆层组织、物相组成和硬度分布规律以及工艺参数对组织、结合强度和硬度的影响。激光熔覆过程骤冷骤热的特点使得熔覆层内存在较高的拉应力,同时,由于激光熔覆镍基合金火焰喷涂层主要由g (Fe, Ni) 固溶体和弥散分布的高硬度脆性碳化物相(Ni, B) 和(Cr, Si) 相组成,熔覆层强度和硬度显著提高而延性降低,在凝固过程残余内应力的作用下极易开裂,熔覆层裂纹为低延性穿晶脆性冷裂纹。基体的预热和熔覆后保温缓冷可有效降低温度梯度,释放残余内应力,当预热温度为300 ℃时,熔覆层裂纹消失。     

激光熔覆裂纹产生机理及控制方法分析

激光熔覆是利用激光辐射使熔覆材料和基体表面同时熔化并快速凝固、从而显著改善基体材料物理性能的一种新的工艺方法。熔覆工艺的选择不当会使熔覆层产生裂纹,降低熔覆制件抗疲劳的能力。本文研究了高能激光束和材料的作用特点以及熔覆层的应力类型,分析了熔覆层裂纹的形成机理,建立了热应力的计算模型,从熔覆材料和基体材料的选择、数值模拟技术预测以及利用熔覆层应力的作用特点改进熔覆工艺三个方面阐述了裂纹的影响因素和控制方法。     

Cr12MoV模具钢表面激光熔覆Ni/WC合金工艺研究

研究了Cr12MoV模具钢表面激光熔覆Ni/WC合金时激光功率、扫描速度和离焦量3个工艺参数对熔覆层性能的影响,并通过选择合适的工艺水平进行正交试验,从而得到熔覆层硬度和耐磨性能优良的较优工艺参数.     

35CrMo钢表面激光熔覆Ni/WC-Y_2O_3合金工艺研究

研究了35CrMo钢表面激光熔覆Ni/WC-Y2O3时激光功率、扫描速度和离焦量对熔覆层性能的影响,通过选择合适的水平进行正交试验,得到了熔覆层硬度和耐磨性能优良的较优工艺参数。此外,还分析了WC和Y2O3对熔覆层组织性能的影响。     

微观组织及残余应力对瑞利波评价激光熔覆层应力的影响

采用瑞利波评价激光熔覆层表面应力,结合静载拉伸试验,建立Fe314激光熔覆层中瑞利波的声弹关系曲线;通过对声弹关系曲线拟合实现对激光熔覆材料声弹系数的标定,在此基础上建立声弹公式;通过试验验证声弹公式评价激光熔覆层表面应力的可行性。分析激光熔覆层微观组织及残余应力对应力评价结果的影响,试验结果表明,这两种因素会显著影响熔覆层表面应力评价结果,采用声弹公式计算出的初始应力校准之后,理论计算结果与实际加载值更为接近,并且误差保持在可接受的范围之内。此外,由于静载拉伸过程中各向异性激光熔覆层变形不均匀,瑞利波检测应力试验中高应力阶段的误差明显大于低应力阶段误差。     

液压支架激光熔覆不锈钢合金涂层的实验研究

采用激光熔覆技术在硅锰钢样件表面制备了不锈钢涂层,用SEM和能谱仪分析了基体与熔覆层界面以及熔覆层之间的微观组织及成分,开展了试样弯折和冲击强度测试实验。结果表明:在激光功率为6kW、扫描速度为8mm/s、光斑直径为5mm、搭接率30%的工艺条件下,基体与熔覆层界面以及熔覆层之间出现小亮带,形成冶金结合;熔覆方向垂直于观察面的覆层形貌呈蜂窝状,熔覆方向与观察面平行的覆层形貌呈竖直条状;在功率6kW、扫描速度16mm/s、光斑直径5mm、搭接率30%时,熔覆层与基体以及熔覆层之间会产生夹渣;熔覆层具有较好的韧性和冲击强度,熔覆后的试样的冲击强度提高了7.7%。     

激光能量密度对CrFeCoNiNb熔覆层组织演变和性能影响的试验研究

采用预置粉末法在42CrMo基体表面制备CrFeCoNiNb高熵合金激光熔覆层,探索激光能量密度对CrFeCoNiNb熔覆层组织和性能的影响规律。对于预置粉末激光熔覆工艺,激光功率、扫描速度、光斑直径作为工艺参数三要素,不是独立影响熔覆层质量与性能,且激光功率对熔覆层质量与性能的影响最大。通过改变激光功率进而改变作用于熔覆层的激光能量密度,研究激光能量密度对CrFeCoNiNb高熵合金熔覆层硬度、耐磨性和耐腐蚀性的影响规律。试验结果表明：熔覆层主相为面心立方结构相(FCC相)和密排六方结构相(Laves相)。随着激光能量密度的增加,其衍射峰面积先减少后增加,熔覆层晶粒先细化后粗化,转折点处的激光能量密度都为116.7 J/mm²。而且,此时熔覆层物相分布更均匀,磨损形貌主要为光滑的犁沟,相应的减摩效果好,磨损率有所降低。主相含量的改变和晶粒尺寸的改变分别是影响熔覆层平均显微硬度和耐腐蚀性的主要因素。Laves硬质相的增加有利于熔覆层硬度的提高,细化的晶粒可以形成致密的钝化膜,有利于提高熔覆层耐腐蚀性。     

超高速激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响

超高速激光熔覆技术与传统激光熔覆有所不同,可大幅提高熔覆效率,制备无缺陷的均匀薄涂层.为研究超高速激光熔覆主要工艺参数对熔覆层组织与性能的影响,采用超高速激光熔覆技术,分别以不同激光功率、熔覆速度、熔覆道间距在9Cr2Mo钢基体表面制备M2高速钢涂层,对熔覆层微观组织及力学性能进行表征.结果表明:熔覆层以细小等轴晶为主...     

工艺参数对Cr12MoV表面激光熔覆M2高速钢高硬度涂层的影响

为增强轧辊表面硬度以提升轧辊工作寿命，采用1 kW光纤激光器在Cr12MoV表面制备M2高速钢熔覆层，探索最优激光工艺参数。通过着色探伤剂、X射线衍射仪及显微硬度仪，对不同激光功率和扫描速度下的熔覆层显微组织、成分、物相、硬度进行检测分析。结果表明：激光功率对熔覆层表面成形质量影响较大，扫描速度对其影响不明显；随激光功率增加，熔覆层表面平整度增强，裂纹数量降低，熔覆层组织成分分布越均匀，晶界偏析现象减弱，枝晶组织逐渐粗大，熔覆层显微硬度降低；熔覆层主要由Martensite、Austensite、Fe-Cr、MC、M2C相组成，熔覆层内的组织主要是树枝晶和胞状晶，MC、M2C等硬质相弥散分布在组织内；激光功率为1 000 W，扫描速度为180 mm/min时，熔覆层表面无裂纹，最大显微硬度为1 092HV0.2，是基体的2.63倍，满足工业性能需求。     

ZG45钢表面镍钴基熔覆层的显微组织与耐腐蚀性能

采用真空熔覆技术在ZG45钢基体表面制备了不同镍钴配比,以及分别添加不同质量分数WC,石墨(G)+WC的镍钴基熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、物相组成,以及在NaCl溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:熔覆层的组织致密,与基体实现了冶金结合,G+WC/镍钴合金熔覆层中主要组成相有Cr_7C_3、Cr_(23)C_6、Ni_3Si、CrB、FeC_3W、WC、C和γ-Ni-Co固溶体,镍钴合金熔覆层的耐腐蚀性能比基体的好,且随钴含量增加而提高;随着WC或G含量的增加,WC/镍钴合金熔覆层和G+WC/镍钴合金熔覆层的自腐蚀电流密度均先减小后增大;G+WC/镍钴合金熔覆层表面主要发生局部腐蚀,局部腐蚀坑主要出现在WC与G颗粒集中分布的区域。