基于NSGA-Ⅱ算法的激光熔覆单道成形工艺参数多目标优化

激光熔覆参数设计和产品成形质量评估是多输入多输出耦合控制，但关于各参数权重配分以及多目标协同优化研究鲜有报道。设计L16(43)激光单道熔覆正交试验方案，研究27SiMn钢表面熔覆GS-Fe01铁基合金粉末的最优工艺参数；通过建立以激光功率、扫描速度和送粉速率关键参数表征的优化变量，构建以熔覆层性能评估为指标的目标响应非线性数学模型；探究优化变量及其权重排序对覆层性能的影响规律。基于快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）多目标优化的Pareto解集，寻求最佳参数。结果表明：在激光功率744 W，扫描速度233 mm/min，送粉速率1.2 r/min工况下，熔覆层稀释率19.9%，宽高比3.001，显微硬度747.15 HV0.5时，目标响应值匹配最佳。沿激光熔覆凝固方向，熔覆界面微观组织形貌逐步由树枝晶和柱状晶组织转换为体积小、数量多的非定向等轴晶粒。研究结果可为激光熔覆多目标工艺参数优化及复合涂层质量控制提供理论支撑。     

稀土元素和工艺参数对激光熔覆层微观形貌的影响

为了抑制激光熔覆过程中熔覆层裂纹的产生,在熔覆粉末中加入了稀土氧化物Y2O3.用CO2连续激光器在镍基高温合金基体表面熔覆自配粉末,同时分析了工艺参数对熔覆层微观形貌的影响.结果表明:Y2O3可以细化晶粒和抑制裂纹,扫描速度主要影响熔覆区晶粒的形状,功率和预置粉末厚度主要影响熔覆层的熔深和稀释率.最佳工艺参数是功率为400W,扫描速度为4mm/s,预置粉末厚度为1.4mm.     

工艺参数对激光熔覆层微观形貌的影响

为了研究工艺参数对激光熔覆层微观形貌的影响,以CO2连续激光器为热源,在镍基高温合金基体表面熔覆自配粉末,对不同工艺参数下熔覆层的微观形貌进行了分析.结果表明:在一定范围内,其它工艺参数不变,增加功率,增大扫描速度,晶粒更趋致密细小;工艺参数影响冶金结合带的优劣、胞状晶区的厚薄以及夹杂物的有无和分布.     

镍基碳化钨合金粉末激光熔覆工艺的研究

采用同步送粉方式在16Mn钢表面熔覆镍基碳化钨合金粉末.通过对不同激光熔覆工艺参数下的宏观形貌以及微观组织进行研究分析,较详细地探讨激光熔覆功率以及扫描速度对熔覆层熔覆质量的影响.通过对不同工艺参数下的熔覆层进行显微组织分析以及EDS能谱分析,对熔覆层微观组织种类、分布以及碳化钨硬质相组织分布不均匀性进行研究,总结出激光工艺参数对熔覆层的影响规律.最后得出镍基粉末+30％碳化钨(钴包WC)粉末在功率3.0kW、熔覆速度1000 mm/min的工艺参数下为最佳熔覆效果.     

基于田口-灰色关联法的Ni60+WC激光熔覆涂层工艺参数优化

目的 优化Ni60+WC激光熔覆工艺参数，提高熔覆层质量。方法 设计三因素四水平正交试验，通过激光熔覆手段，在Q235钢板表面激光熔覆Ni60+25%WC粉末，并结合超景深光学显微镜和扫描电子显微镜观察熔覆层形貌。同时，以熔覆层几何形貌和气孔率作为优化目标，评估工艺参数对其的影响。结合灰色关联理论，对熔覆层最佳工艺参数进行预测，并进行试验验证。结果 优化后的熔覆层主要以胞状晶为主，且熔覆层和基体形成了良好的冶金结合。采用田口-灰色关联法对激光熔覆工艺参数进行优化，极大地减少了试验次数（从64次减少到16次）。灰色关联度的预测值（0.626 553）与试验验证值（0.672 659）有较高的吻合度，误差仅为7%。优化后的工艺参数组合为激光功率1100W，扫描速度为10mm/s，送粉速率为7.6 g/min。优化后的熔覆层宽度增加了22%(1 949μm增加到2 383μm)，稀释率降低了58%(24.42%降低至10.33%)，优化后的稀释率更接近目标值10%。同时，气孔率也降低了7%(0.329%降低至0.306%)。优化后的熔覆层润湿角仍小于70°，符合优化目标。结论 田口-灰色关联...     

齿轮钢表面激光熔覆Ni基涂层工艺参数优化

采用激光熔覆技术在18CrNiMo7-6齿轮钢表面制备Ni基涂层，研究激光功率、扫描速度和送粉率对Ni基涂层熔覆质量和微观组织的影响，建立激光熔覆工艺参数与涂层宏观尺寸、微观组织和显微硬度之间的关系。结果表明，随着激光功率的增大，涂层的熔高、熔宽、熔深增大，微观组织细化，显微硬度增大；随着扫描速度的增大，涂层熔高、熔宽、熔深减小，微观组织粗化，显微硬度减小；随着送粉率的增大，涂层的熔高增大，熔宽先增大后减小，熔深减小，涂层微观组织细化，显微硬度增大。以涂层宏观形貌、微观组织结构和显微硬度为涂层质量评估指标，优选得到的最佳工艺参数为：激光功率700 W,扫描速度2 mm/s,送粉率11.1 g/min。     

H13钢激光熔覆陶瓷修复层的参数优化

针对H13模具钢失效而产生的磨损以及腐蚀等表面问题,采用镍基碳化硅粉末,对H13模具钢的修复层进行参数优化. 为了探究激光熔覆中激光参数对修复层的影响,采用不同的激光电流、离焦量为优化工艺参数进行激光熔覆试验,发现改变激光电流、离焦量的大小对修复层的熔覆尺寸、微观组织以及力学性能均有不同程度影响;熔覆层的几何稀释率随着激光电流的增大而增大,熔覆层的晶粒尺寸变粗;熔覆层的几何稀释率随着离焦量的增大而减小,熔覆层的晶粒尺寸变细. 通过金相显微镜、SEM和显微硬度仪分析得到优化结果为:激光电流115 A、离焦量51 mm,熔覆层显微硬度值达到最高,约为基材硬度的2.6倍. 上述研究成果为提高模具失效表面激光熔覆修复层质量提供理论和技术依据.     

自动送粉法激光熔覆的工艺操作图

使用自动送粉装置及２ｋＷ ＣＯ２激光器在Ｑ２３５钢板上进行钴基合金的激光熔覆试验，研究了激光熔覆过程中主要综合工艺参数对熔覆宏观形貌的影响以及激光熔覆临界状态与最佳状态间的联系，以此为依据建立了自动送粉法激光熔覆的工艺操作图。     

Co-Cr合金激光熔覆的组织与性能研究

采用LMY500激光加工系统在45钢表面熔覆Co-Cr合金涂层,利用扫描电镜、金相显微镜分析了熔覆层的形貌及组织特征,优化激光熔覆的工艺参数。结果表明:在一定工艺参数条件下,熔覆层组织致密,晶粒细小,排列规整,与基体呈冶金结合,硬度显著增大,提高了材料的耐磨性。     

基于线性回归和神经网络的金属陶瓷激光熔覆层形貌预测

目的研究激光熔覆关键工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速率)与单道熔覆层宏观形貌(宽度、高度、熔池深度)之间的数量关系,以实现对WC-Co50复合熔覆层形貌的预测,从而为牙轮钻头的修复提供参考。方法设计不同的实验参数,利用4k W光纤激光器在牙轮钻头钢15MnNi4Mo表面熔覆单道WC-Co50复合涂层。采用工业显微镜观察单道熔覆层的横截面宏观形貌,并测量其三维尺寸。在上述形貌参数的基础上,分别运用多元线性回归分析和人工神经网络方法,建立关键工艺参数与熔覆层宏观形貌之间的关系模型,并将实验结果与模型预测结果进行对比。结果总体来讲,神经网络对熔覆层形貌的预测结果更为精确,平均相对误差为5.3187%;多元线性回归分析预测的平均相对误差为6.0028%。分析表明,对熔覆层宽度的预测结果最精确,两种方法的平均相对误差仅为1.2999%;对高度及熔池深度的预测结果稍差,平均相对误差分别为8.0586%和7.6237%。结论两种预测方法都具有较高的精度,但神经网络法函数关系不明确,运算过程复杂,需要通过进一步的算法优化来提高预测精度。     

稀土和工艺参数对等离子体熔覆层质量的影响

用常压弧光等离子体在45钢表面熔覆Fe-Cr-Si-B粉末涂层，从微观和宏观两方面对熔覆层的质量进行了分析。结果表明，稀土的加入使熔覆层的溶质分布更加均匀，Cr元素分布出现界面“梯度扩散层”，组织由枝晶向等轴晶转变，熔覆层与基体的结合界面得到改善，有利于微观质量的提高，同时，研究了工艺参数对宏观和微观质量的影响。     

侧向送丝光纤激光单道熔覆层组织

采用正交试验法在不锈钢表面侧向送丝单道激光熔覆,确定激光功率、扫描速度、送丝速度对熔覆层横截面几何尺寸、宽高比及稀释率影响,找出最佳工艺参数组合并进行组织分析.结果表明,当激光功率为2 000 W,扫描速度为4 mm/s,送丝速度为20 mm/s时可得到稳定良好的熔覆层;熔覆层从结合区到表层晶粒形态依次是平面晶、胞状晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶、转向树枝晶;熔覆层组织由γ奥氏体和残余δ铁素体组成,δ铁素体主要成蠕虫状、骨架状和侧板条状分布于奥氏体枝晶间或晶界处;熔覆层显微维氏硬度平均值(195 MPa)与基材(207 MPa)相当且分布相对均匀,热影响区维氏硬度略低(178 MPa).     

7A41铝合金的力学性能和耐蚀性能

采用常温拉伸性能测试、应力腐蚀性能测试和盐雾腐蚀性能测试方法分别对双级时效态7A41铝合金的力学性能及耐蚀性能进行了测试。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对合金的显微组织、拉伸断口微观形貌进行了表征。结果表明,T6状态下合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为505 MPa、474 MPa和16.3%。耐应力腐蚀性能优异,应力腐蚀敏感系数为3.98%,合金的盐雾腐蚀速度为0.0914 mm/y。TEM观察分析表明,Tb态7A41铝合金晶内均匀弥散地分布着纳米级析出相,晶界上分布着大量的非连续析出相,析出相尺寸为20~50 nm,非连续析出相有效地阻碍了合金晶间腐蚀的路径,良好的组织特征保证了合金的综合性能。     

激光熔覆制备高硬耐磨涂层的研究综述

高硬耐磨涂层指与基体间呈冶金结合,具有很强的局部抵抗压入能力及抵抗机械磨损能力的薄层。激光熔覆技术是一种新型、绿色、高效的表面处理技术,具有冷却速度快、稀释率小、热变形小、厚度可控等优点,在交通、矿山、石化、冶金等高端制造装备领域具有广阔的应用前景。从粉末设计、激光熔覆工艺、统计计算与仿真模拟、激光熔覆辅助技术等4个方面,综述了激光熔覆技术制备高硬耐磨涂层的研究进展。在粉末设计方面,以涂层优化结果为导向,综述了第二相强化型、细晶强化型、组织结构优化型及其他类型设计在制备高硬耐磨涂层方面的研究。在激光熔覆工艺方面,介绍了熔覆过程中工艺参数对涂层性能及质量的影响及作用机理,并提出了合理的优化建议。在统计计算和仿真模拟方面,概述了统计计算与仿真模拟在涂层制备、熔覆工艺优化、涂层组织性能优化及熔覆理论研究中的作用。在激光熔覆辅助技术方面,概述了声场、电场、磁场、热场、机械场及光谱检测等辅助技术,并介绍了辅助技术对调控涂层微观组织及性能的影响和作用机制。最后对激光熔覆制备高硬耐磨涂层及相关技术的研究进行了展望。     

激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致密等优势,被广泛用于钛合金零部件表面改性和熔覆修复。高硬、高模量碳化钛的热物性参数与钛合金基材相近,常被选作激光熔覆钛基复合涂层的增强相,以提高其耐磨性。介绍了碳化钛的晶体结构、生长形态和性能特点。综述了碳化钛增强钛基激光熔覆材料体系以及工艺参数对熔覆层成形质量、宏观形貌和微观组织的影响。重点从碳化钛增强相的分布、数量、尺度以及相结构等方面,论述了碳化钛增强钛基激光熔覆层的组织特征,同时阐述了碳化钛强化机制,讨论了碳化钛增强钛基激光熔覆层组织特征与耐磨性能的内在关联性。最后提出了目前激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究中存在的问题与展望。     

电沉积宽晶粒度分布纳米镍的组织结构与力学性能研究

通过直流与脉冲电沉积分别制备平均晶粒度为20～30 nm,宽晶粒度分布(5～120 nm)的纳米镍.在室温静拉伸应变速率范围内,直流电沉积制备的纳米镍的平均抗拉强度和平均断裂延伸率分别为1176 MPa与10.6%.而由脉冲电沉积技术制备的纳米镍抗拉强度可达1500 MPa之上,最高断裂延伸率可达13.3%.与电沉积获得的普通窄晶粒度分布的纳米镍相比,宽晶粒度分布的纳米镍的塑性要高出100%以上.其原因是大型晶粒内部允许位错的存在,且理论计算表明,晶内位错可通过Frank-Read源机制进行增殖.     

F/M钢包壳管材热处理工艺优化

通过对Fe-12Cr-1.5W-0.2V-0.15Ta F/M钢包壳管材分别进行980~1150 ℃正火和600~730 ℃回火处理,研究不同热处理工艺对包壳管材微观组织、室温力学性能的影响。结果表明,不同温度正火处理后,F/M钢包壳管材的组织均为板条马氏体,随正火温度的升高,粗大的碳化物颗粒逐渐固溶至基体中,且原奥氏体晶粒尺寸会产生粗化,从1050 ℃的40 μm增至1150 ℃的80 μm;不同温度回火后,马氏体基体上析出细小纳米级碳化物颗粒,随回火温度增加,碳化物颗粒析出数量明显增加,但析出的碳化物颗粒尺寸无明显变化;包壳管材经过1100 ℃×60 min正火+650 ℃×90 min回火后具备良好的微观组织和力学性能,其原始奥氏体晶粒无明显长大,马氏体板条组织平均晶粒尺寸约为6.0 μm,小角度晶界比率为59.6%,沿着原奥氏体晶界有纳米相析出,晶内马氏体界面处析出大量纳米相,此时,管材表现出良好的强塑性匹配,抗拉强度为1024 MPa、屈服强度为849 MPa、伸长率为17.3%。     

Effect of Zr content on crack formation and mechanical properties of IN738LC processed by selective laser melting

Two batches of commercial IN738LC alloy powders with different Zr contents were printed under the same parameters. The influences of Zr content (0.024 wt.% and 0.12 wt.%, respectively) in powders on crack density, distribution, formation mechanism and mechanical properties of selective laser melting (SLM)-treated parts were systematically studied. It was found that the crack density (area ratio) increases from 0.15% to 0.87% in the XOY plane and from 0.21% to 1.81% in the XOZ plane along with the Zr content increase from 0.024 wt.% to 0.12 wt.% in the original powders. Solidification cracks are formed along the epitaxially grown 〈001〉-oriented columnar grain boundaries in molten pool center. The ultimate tensile strength of Sample 1 (0.024 wt.% Zr) is 1113 MPa, and there are dimples in tensile fracture. With an increase in the Zr content to 0.12 wt.% (Sample 2), the ultimate tensile strength of Sample 2 decreases to 610 MPa, and there are numerous original cracks and exposed columnar grain boundaries in tensile fracture. The optimization of printing parameters of Sample 2 considerably increases the ultimate tensile strength by 55.2% to 947 MPa, and the plasticity is greatly improved.     

冷却方式对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响

两阶段控制轧制后,采用不同的冷却路径进行冷却,研究冷却路径对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响.结果表明,超快冷+空冷冷却路径可获得细晶组织,晶粒平均尺寸约为7.76μm,屈服强度高达425 MPa,抗拉强度高达500 MPa.超快冷+炉冷试样中存在细小的沉淀粒子,沉淀粒子尺寸主要集中在2—7 nm,而超快冷+空冷试样中只存在少量球形沉淀粒子,轧后直接空冷可获得相间沉淀粒子.不同冷却路径获得的热轧板在700℃下退火300 s后,沉淀粒子发生明显的粗化;退火处理后,超快冷+炉冷试样的晶粒平均尺寸减小为6.47μm,相对于退火前,其屈服强度和抗拉强度分别增加50和30 MPa、强度的增加主要源于细晶强化.对于含0.03%Nb(质量分数)的Nb-Ti微合金钢,由于沉淀粒子的体积分数有限,因此细晶强化效果远高于沉淀强化效果,强度的变化与晶粒尺寸的变化具有很好的对应性.另外,加工硬化指数与晶粒尺寸密切相关.随着晶粒平均尺寸的增加使加工硬化指数增加.     

颗粒含量对TiB2(p)/Fe复合材料显微组织和力学性能的影响

基于室温单轴拉伸、显微硬度、纳米压痕和扫描电镜观察等试验,表征和分析了TiB2颗粒增强铁基复合材料的宏观、微观力学行为。结果表明,随着高模量TiB2颗粒体积分数从15%增至25%,抗拉强度和弹性模量分别从531.0 MPa和215.5GPa提高到659.0MPa和247.0GPa,比刚度从28.8GPa·cm^-3·g^-1逐步增加至34.7GPa·cm^-3·g^-1,伸长率从22.0%降至7.9%;断裂机制由微孔聚集型韧性断裂转变为穿晶解理型脆性断裂,强化机制可能以细晶强化和位错增殖为主。