钛合金表面激光熔覆钴基合金层的组织及力学性能

在TC4钛合金表面利用激光熔覆Co基合金粉末涂层,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和洛氏硬度计研究涂层的微观组织及力学性能。结果表明:当扫描速度固定为400 mm/s,激光功率为1.3、1.5、1.7 k W熔覆时,涂层与基体之间都实现了冶金结合。其中,激光功率为1.5 k W时熔覆效果最好,熔覆层内组织均匀致密无气孔和裂纹等缺陷。激光功率为1.3 k W时,熔覆层内出现了裂纹。当激光功率固定为1.5 k W,扫描速度为300、350、400 mm/s时,熔覆层和基体的结合情况良好,熔覆层内组织均匀致密无缺陷。随着激光功率和扫描速度的增大,涂层表面硬度呈减小的趋势,但都高于TC4基体硬度的两倍左右,表明在TC4表面激光熔覆Co基合金粉末涂层可以显著提高其硬度。     

表面织构对模具钢激光熔覆层性能的影响分析

目的 减少激光熔覆过程中产生较大的应力和裂纹的现象,提高激光熔覆后模具钢的抗疲劳性能,延长其使用寿命.方法 选取激光功率(800、1000、1200 W)、扫描速度(5、10、20 mm/s)、光斑半径(0.5、0.75、1 mm)作为激光熔覆模拟因素,以残余应力为主要试验指标,进行三因素三水平正交模拟试验,并对试验结果进行信噪比及极差分析,确定最优熔覆参数.在最优熔覆参数下,进行预置织构及无织构的激光熔覆模拟,对比分析两次模拟的熔覆层温度及残余应力分布.在最优参数下进行熔覆加工,验证有效性.结果 正交模拟试验得出最优熔覆参数为:激光功率800 W,扫描速度20 mm/s,光斑半径1 mm.得到最小残余应力平均值为360 MPa.此外,激光功率对残余应力的影响最为显著,其次是光斑半径,对残余应力影响最小的是扫描速度.在最优熔覆参数下,对预制织构的模型进行激光熔覆模拟,得出残余应力平均值为149 MPa.相比较于无织构熔覆模拟,预置织构熔覆模拟的平均应力值降低了大约58.56％.对无织构和有织构模具钢表面进行激光熔覆加工,测量残余应力,验证了该方法的有效性.结论 通过在基体预置表面织构的方法,在保证熔覆温度的前提下,降低了残余应力,最终能达到降低残余应力、减少裂纹产生的目的.     

不锈钢表面激光熔覆镍基合金涂层的数值模拟与试验

为改善不锈钢表面熔覆质量,探究能量密度对不锈钢表面激光熔覆镍基合金涂层质量的影响,利用Visual-Environment数值模拟软件,基于高斯体热源模型,通过改变激光功率获得不同的能量密度输入,对304不锈钢表面激光熔覆Ni35合金涂层的过程进行了数值模拟分析,并采用相应能量密度对应的激光功率进行试验验证。模拟结果表明,激光功率为900 W,扫描速度为6 mm/s,光斑半径为1 mm时,对应的激光能量密度为75 J/mm²,所得温度分布云图峰值温度2459.55℃,在较合理的温度范围内(2400～2600℃)。试验验证结果显示,该工艺参数下熔覆层宏观形貌较好且微观组织致密,基体与涂层间形成了良好的冶金结合。     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

AZ91D 镁合金表面激光熔覆 Al-Cu 合金的温度场模拟与验证

目的确定AZ91D镁合金表面激光熔覆Al-Cu合金的最佳工艺参数。方法利用有限元软件ANSYS建立移动高斯热源作用下的温度场三维模型,对不同参数下激光熔覆过程中的温度场进行动态模拟,确定工艺参数。结果熔池中心的温度随着激光功率的增大而增大,随着热源移动速度和光斑直径的增大而减小。温度过高时,熔覆层下塌且内部出现裂纹;温度过低时,熔覆层上有大量的金属颗粒且内部含有夹杂物。结论当功率为240 W、扫描速度为2.5 mm/s、光斑直径为0.6 mm时,熔池中心的温度约为1100℃,熔覆层与基体接触面的温度约为700℃。在此参数下得到了表面成形光滑且与基体结合紧密的致密熔覆层。     

低碳结构钢激光熔覆铁基陶瓷合金粉末工艺研究

为提高Q345等低碳结构钢表面的耐腐蚀和耐磨性能,在Q345钢板表面熔覆316+5%WC铁基陶瓷合金粉末,研究不同熔覆功率和光斑扫描速度对熔覆层宏观质量的影响;在其它熔覆工艺参数不变的情况下,分析了激光功率为2000~3500 W时,熔覆层的组织及硬度的变化规律,进而得出在Q345表面熔覆预置厚1.5 mm铁基陶瓷合金粉末的最佳工艺参数为功率3000 W、扫描速度300 mm/min。     

27SiMn钢表面激光熔覆的数值模拟与验证

在27SiMn钢表面激光熔覆铁基合金粉末,对激光熔覆成形过程中移动高斯热源作用下的温度场利用ANSYS有限元分析软件进行模拟,并建立了三维模型。进行单因素动态模拟,探讨了各工艺参数对温度场的影响。通过设计三水平三因素的正交试验来验证模拟结果的准确性。结果表明:熔池中心的温度最高。当扫描速度一定时,熔池内最高温度与激光功率成正比例关系;当激光功率不变时,激光扫描速度与熔池内最高温度成反比例关系;不同搭接率对熔池内的最高温度影响较为有限。不同时刻下的温度场激光移动热源中心前方的温度梯度大于激光移动热源中心后方的温度梯度。在激光熔覆过程中,当激光功率为2500 W,扫描速度在16 mm/s,搭接率为1/2时,可得到与基体具有良好冶金结合的熔覆层。     

工艺参数对激光选区熔化成形纯镍表面质量及致密化行为的影响（英文）

研究激光功率和扫描速度对激光选区熔化(SLM)成形纯镍的熔覆道特征、致密化行为和表面粗糙度的影响规律。结果表明,在一定范围内提升激光功率并降低扫描速度,可成形出连续、规则、光滑的熔覆道,这有助于抑制SLM成形过程中孔隙、球化等缺陷的形成。当扫描速度为900 mm/s、激光功率为255～275 W时可获得最佳成形工艺窗口,此时,试样相对密度为99.16%,抗拉强度为(360±2.747) MPa,上表面和侧表面的粗糙度分别为(2.88±2.23)μm和(14.98±0.69)μm。     

TC4激光熔覆NiCrCoAlY热循环特性及组织性能

对TC4钛合金激光熔覆NiCrCoAlY涂层的热过程进行数值模拟仿真,探究工艺参数对热循环特性的影响规律,并进行激光熔覆试验验证. 结果表明,当激光扫描速度相同时,激光功率越大,冷却速度越快,两者近似呈线性关系. 当激光功率相同时,随着扫描速度的增大,冷却速度先增大后减小,出现拐点,随着激光功率的增加,冷却速度拐点对应的扫描速度减小. 不同冷却速度得到的涂层组织和性能不同,冷却速度增加将细化晶粒提高涂层硬度,但过大将导致涂层产生缺陷. 最佳工艺参数为激光功率600 W,扫描速度3 mm/s,适宜冷却速度为820 ℃/s.     

激光功率对CoNiCrAlY熔覆涂层显微组织及硬度的影响

利用激光熔覆技术在Inconel718基体上制备了CoNiCrAlY涂层。在相同扫描速度7mm/s、光斑直径4mm下,研究了激光功率对CoNiCrAlY熔覆涂层宏观形貌、截面组织以及显微硬度的影响。结果表明,熔覆层的宏观形貌在激光功率为2200W时质量最优,熔覆层表面连续且平整,波浪起伏较小。随着激光功率的增加,激光能量增加,熔覆层的几何尺寸增大。当激光功率为1400W时,气体未完全逸出熔池就冷却凝固,涂层顶部出现气泡、孔隙等缺陷;当激光功率为2200W时,不再出现明显的气泡和孔隙。随着激光功率的增加,熔覆材料吸收的能量越来越多,导致晶粒长大,熔覆层呈现柱状晶高度越来越大,树枝晶越来越多而胞状晶越来越少的组织形态。当激光功率为1800W时,熔覆层整体形貌和组织的质量最好,熔覆层与基体结合紧密,没有气泡或孔隙,形成了性能良好的冶金结合,平均显微硬度最高。     

侧向送丝不锈钢光纤激光熔覆技术研究

采用由IPG光纤激光、KUKA机器人和HIGHYAG激光头组成的激光熔覆系统,研究在316L不锈钢基体上激光熔覆308L焊丝工艺。探究激光功率、送丝速度及扫描速度等工艺参数对熔覆质量的影响,确定相对占优的熔覆工艺。进而制备检测样品,观测熔覆层的微观组织、显微硬度和拉伸性能。正交工艺研究表明:采用目前的光纤激光熔覆系统确定的相对占优工艺为激光功率3 kW,扫描速度4 mm/s,送丝速度40 mm/s,成形效果最好;采用优化的工艺,在搭接率为50%时,可以制备出表面波纹均匀,平整精度高的熔覆层。     

铜基体上激光熔覆钴基合金的温度场分析

利用连续波Nd：YAG固体激光在黄铜表面上激光熔覆预置的钴基合金粉末,采用SYSWELD软件对激光熔覆过程中的温度场进行了模拟。在分析过程中采用三维单元,考虑温度变化对热物理参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,建立了三维有限元模型,得到了熔覆过程中试样表面的温度场分布模拟图。结果表明：温度场模拟等温线呈椭圆形分布,光斑附近等温面较为密集,远离光斑处等温面较稀疏;在其它工艺参数不变的情况下,扫描速度为8 mm/s熔覆过程的稀释率为11.5%,可以获得良好的冶金结合,并进行了试验验证;利用SYSWELD软件的校核功能,获得了扫描速度为6 mm/s和10 mm/s熔覆过程中较为合适的功率分别为2.96 kW和3.82 kW。研究结果对工艺参数的优化和控制熔覆层稀释率提供了借鉴和指导作用。     

激光熔覆铁基合金单道成形工艺参数的研究

利用激光熔覆技术在45钢板表面熔覆铁基合金。采用正交试验研究了各工艺参数对单道熔覆层成形表面形貌影响的主次。采用单因素变量试验,研究了扫描速度、激光功率、离焦量和送粉速率对铁基合金单道成形质量的影响,并优选出了一组最佳组合参数:激光功率460 W,离焦量59 mm,送粉速率0.15 r/min,扫描速度2 mm/s。     

激光熔覆原位制备TiC/TiB复合陶瓷涂层的工艺参数优化

通过激光熔覆技术,以Ti+B4C为原始粉末,在钛合金表面原位制备了TiC/TiB复合陶瓷涂层。基于响应面法,建立了激光熔覆工艺参数与陶瓷涂层几何特征和显微硬度之间的数学模型,研究了激光功率、扫描速度和光斑直径对涂层厚度、高度差和显微硬度的影响规律。结果表明,涂层的高度差随光斑直径增加而增大;显微硬度随激光功率增加而提高;激光工艺参数对涂层厚度没有显著影响。对激光工艺参数进行优化,得到了一组较优的工艺参数:激光功率P=400W、扫描速度V=7mm/s、光斑直径D=1mm。     

U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25％WC涂层工艺参数优化的研究

目的研究U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层的最佳工艺参数。方法首先通过单道单因素试验初步选取激光功率、送粉量、扫描速度和光斑直径4个工艺参数,然后进行4因素3水平的单道正交试验,以熔覆层的宽度、高度和稀释率作为判断熔覆层质量的指标,做极差分析,最后得到最优工艺参数并分析了熔覆层的显微硬度及显微组织。结果单道单因素试验及单道正交试验得到的工艺参数均为:激光功率1500 W,送粉量4 g/min,扫描速度6 mm/s,光斑直径2.2 mm。通过单道正交试验极差表分析发现,工艺参数对质量指标的影响程度不同,对熔覆层宽度的影响为扫描速度送粉量激光功率光斑直径,对熔覆层高度的影响为送粉量扫描速度光斑直径激光功率,对熔覆层稀释率的影响为送粉量光斑直径扫描速度激光功率,对比发现送粉量是熔覆层的最大影响因子。熔覆层的显微硬度最高可达到1170HV,是基体的3.7倍。结论在U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层,可以制备出光滑且紧密结合的熔覆层,且表面硬度明显提高。     

离焦量对 45# 钢表面激光熔覆镍基碳化钨粉的影响

目的研究激光熔覆过程中离焦量对熔覆层成形质量的影响。方法在扫描速度(2 mm/s)和送粉电压(8 V)不变的情况下,通过改变熔覆头与基体间的距离和激光功率,对比分析不同离焦量对熔覆层尺寸、洛氏硬度、界面显微硬度和金相组织的影响,并确定最佳离焦量。结果当离焦量D_L=3,4 mm时,熔覆层表面硬度先逐渐增大后趋于稳定,洛氏硬度高达55~56HRC;当离焦量D_L=5,6 mm时,由于离焦量过大,导致基体与熔覆层冶金结合不牢固,部分粉末颗粒没有充分熔化附着在熔覆层表面,熔覆层质量较差。同一功率下,随着离焦量的增大相对熔覆层宽度会减小;当离焦量D_L=3 mm时,冷却速度最大、熔覆层底部由柱状晶沿着熔体最易散热方向生长明显,在熔覆层上部形成了等轴晶组织。结论激光熔覆时离焦量是不可忽视的工艺参数之一,最终优化工艺参数为:扫描速度2 mm/s,送粉电压8 V,激光功率1200 W,最佳离焦量3 mm。     

基于瞬态导热过程预报的激光淬火层设计

本文运用Matlab对45钢激光加热过程的瞬态温度场进行数值模拟,由此预测激光淬火硬化层深度。结果显示,在保证材料不熔化的基础上尽量提高激光加热的功率和吸收系数、降低扫描速度、适当减小光斑尺寸,能够获得较深的淬硬层。在激光加热功率1000 W,光斑边长4 mm,扫描速率为25 mm/s,吸收系数70%时,45钢淬硬层深度能达到0.14 mm。     

变壁厚铜锌合金圆管的激光熔覆温度场数值模拟

针对铜锌合金在常温时由于激光吸收率低导致熔覆难度大的问题,使用预热法进行熔覆。为了准确掌握工件激光熔覆时温度场分布,提出了使用变吸收率参数建立铜管温度场模型的方法。基于有限元分析方法,使用ANSYS对变壁厚铜锌合金圆管表面单道和多道激光熔覆做了温度场数值模拟,分析模型结果并得出熔覆策略为:铜管中间厚壁部分采用连续熔覆,两端薄壁区域尽量减少连续熔覆道数,端面位置熔覆要减小激光功率。熔覆的最佳工艺参数为激光功率1.5 kW,扫描速度0.005 m/s,铜管两端位置熔覆时调整激光功率至1.2 kW,扫描速度0.005 m/s。参考熔覆策略对铜锌合金圆管进行熔覆试验,得到的熔覆层较为平整均匀,无明显裂纹或气孔。     

三光束光内同轴送丝激光熔覆成形新方法研究

目的研究"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法以及单向、多向单道熔覆成形效果。方法采用光线追迹法分析了三光束光斑几何特性,运用TracePro分析了光斑能量分布。利用研制的三光束光内送丝装置进行了单向以及多向单道熔覆实验,对其展开成形表面质量以及单道熔覆层的组织和硬度分析。结果 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以将原始圆形激光束整形为周向均匀分布的三个扇形光斑,三个光斑光通量均沿着z轴方向呈"尖顶状"分布,丝材能够被三个光斑均匀包裹。基材和丝材采用不锈钢304材料,丝材线径为0.8 mm,负离焦量为2.5 mm,激光功率为1500 W,扫描速度为3.5 mm/s,送丝速度为20.5 mm/s,展开单向和多向单道熔覆成形测试,丝材熔化充分,熔覆层表面均匀平滑。熔覆层形貌和质量基本不受扫描方向的影响。单道熔覆层和基体结合良好,组织整体比较细密,无气孔和裂纹等缺陷,熔覆层底部到顶部晶粒形态主要为树枝晶、柱状晶、胞状晶和树枝晶,熔覆层组织为铁素体δ和奥氏体γ,凝固模式为FA模式,熔覆层底部到顶部铁素体δ的主要形态为板条状铁素体、蠕虫状铁素体、骨架状铁素体和板条状铁素体。熔覆层的平均硬度(228HV)明显高于基材硬度,熔覆层底部到顶部的硬度过渡平稳,不存在明显软化区,组织整体比较细小致密,晶粒分布均匀。结论 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以实现光、丝耦合,基材和丝材采用不锈钢304材料,选择合理的工艺参数,可以获得理想的单向以及多向单道熔覆成形效果。     

基于SLM热力耦合场的工艺参数优化研究

基于ANSYS软件建立了选择性激光熔覆过程中的三维应力应变分析模型,使用间接耦合的方式进行了热力耦合分析,采用生死单元方法模拟了连续实体的生成过程,讨论了激光功率、光斑半径、扫描速度对成型件残余应力的影响。基于最小残余应力准则,进一步优化选取工艺参数。结果表明:在一定的能量输入条件下,优先采用更大的扫描速度,再选取合适的激光功率和光斑半径,可减小成型件的残余应力,提升成型件质量,为选择性激光熔覆过程中工艺参数优化提供了一种思路。