激光功率对熔覆7075铝合金气孔缺陷的影响

采用同步送粉方式,在7075铝合金表面制备了7075铝合金熔覆层,对熔覆层的金相组织进行了观察,对显微硬度进行了测试,并研究了激光功率对熔覆层中气孔缺陷的影响作用。结果表明：熔覆层中靠近基体的部分形成了细小等轴晶,等轴晶之上为柱状晶;沿着基体指向熔覆层外表的方向,气孔变大、增多,气孔缺陷主要分布在熔覆层中靠近外表面的区域;气孔的尺寸及数量均随着激光功率的增加而减小;熔覆层显微硬度随激光功率先增大后减小。     

中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究

目的研究基于"光束中空、光内送粉"工艺下中空环形激光熔覆层温度场分布规律、应力演化过程及沿熔覆层深度方向上的残余应力分布,为调控或降低光内送粉激光熔覆层残余应力提供参考。方法采用ANSYS软件APDL语言建立单道熔覆层物理模型,利用生死单元法模拟激光加载,从而得到温度场结果,在此基础上进行热力耦合,分析熔覆层内应力演化过程,在熔覆层深度方向上建立路径,得到沿路径方向上的残余应力分布结果,最后进行实验测定。结果当采用中空环形激光束加载时,光斑温度分布呈"马鞍形",熔覆层横切面上温度分布形状呈对称的"W"形,两侧温度高,中间温度低,熔覆层上表面扫描路径上的节点在扫描过程中都会经历两次温度峰值,且第二次温度峰值要高于第一次。热应力随着扫描过程进行而不断变化,由起初产生的熔覆层压应力逐渐转化为拉应力。沿扫描方向上的残余应力值最大,可达到273 MPa。熔覆层深度方向沿扫描方向上的残余应力值在上表面位置有最大值235 MPa,熔覆层与基材接合面处有最小值185MPa。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论中空环形激光光斑"马鞍形"式的能量分布使得熔覆层温度分布更为均匀,可有效降低温度梯度。环形光斑后半环高温区域的重熔作用有利于能量的再分配,有利于减缓应力集中。熔覆层深度方向沿激光扫描方向上的残余应力分布,随着深度的增加而逐渐减小。     

激光功率对17-4PH丝材激光熔覆组织及硬度的影响

目的 研究激光功率对17-4PH不锈钢丝材激光熔覆组织及硬度的影响,以确定最佳激光熔覆功率,为17-4PH不锈钢丝材激光熔覆的应用提供参考.方法 在27SiMn钢活塞杆表面,对17-4PH不锈钢丝材进行了不同激光功率熔覆试验,利用金相显微镜和扫描电子显微镜表征不同激光功率熔覆层的微观组织,使用硬度计测量不同激光功率熔覆层和基体的硬度.结果 当激光功率分别为1600、1800、2000、2200 W时,熔覆层的高度由1119μm降低到1006μm,基体的穿透深度和热影响区宽度都随激光功率的增加而增大,熔覆层的组织主要为较短无方向性的板条马氏体.当激光功率为2400、3000 W时,熔覆层的高度、基体的穿透深度和热影响区宽度均随激光功率的增大而增加,最大值分别达到1119、310、638μm,熔覆层的组织主要由具有方向取向的板条马氏体组成,靠近基材的位置由晶粒细小而致密的等轴晶组成,随着激光功率的增加,熔覆层弥散析出的沉淀颗粒越来越多.此外,熔覆层和热影响区的显微硬度均高于基体,随着激光功率的增加,熔覆层的显微硬度明显增大,最高可达479.4HV0.2.结论 综合考虑激光功率对17-4PH不锈钢丝材激光熔覆组织及硬度的影响,2600 W为最佳激光熔覆功率.     

匙孔效应对激光熔覆层横截面几何形貌的影响研究

目的 研究匙孔效应在不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数下,对熔覆层横截面形貌的影响规律,并揭示匙孔对基体的作用机制。方法 利用光束模式为高斯光束分布的YLS-3000光纤激光器进行熔覆镍基高温合金Ni35实验。利用光学显微镜（OM）采集熔覆层横截面宏观形貌,并用金相分析软件以及计算机辅助绘图软件对熔覆横截面参数进行测量。结果 随激光功率的增加,匙孔深度增加;随送粉速率和激光扫描速度的增加,匙孔深度减小。随送粉速率的增加和激光功率的减小,熔覆层横截面左右垂直段高度值（H2和H4）减小;随扫描速度的增加,H2和H4先增加再减小。在激光熔覆过程中,当基体没有形成匙孔时,H2和H4的值为零,熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为月牙形;当在基体中形成匙孔时,H2和H4的值大于零,熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为蘑菇形。结论 在激光熔覆过程中,不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数对匙孔的影响机制不同。匙孔效应的强弱显著影响熔覆层横截面参数H2和H4的大小,进而影响熔覆层形貌。     

等离子熔覆Fe基复合涂层的组织与性能

利用等离子熔覆技术,在45钢基体表面制备了Fe基合金熔覆层.采用金相显微镜、显微硬度计对熔覆层组织、性能进行研究.结果表明,熔覆层组织由树枝晶、等轴晶组成,涂层中含有一定量的化合物,无气孔、夹杂,其中树枝晶组织粗大,等轴晶组织细小;熔覆层具有较高的硬度,并且由表面到基体硬度呈梯度分布;熔覆层中等轴晶的显微硬度最高可达1234 HV0.1,是45钢基体的4倍.     

氩弧熔覆Fe基复合涂层的组织与性能

利用氩弧熔覆技术,以Ti粉、C粉、Fe粉为原料在Q235钢基体表面上原位合成高硬度复合涂层.采用金相显微镜观察分析涂层显微组织,利用洛氏硬度仪测试熔覆层的硬度.结果表明:熔覆层组织由树枝晶、等轴晶组成,TiC主要分布于晶粒内和晶界处,涂层显微硬度随TiC含量的增加而增大.     

Q235钢等离子熔覆Fe基合金+TiC复合涂层组织和性能的研究

利用等离子熔覆技术,在Q235钢基体上熔覆TiC+Fe基合金以获得高硬度的复合涂层.测试了熔覆层的显微硬度,采用金相显微镜、X射线衍射仪研究了熔覆层的组织.结果表明,涂层显微硬度随TiC含量的增加而增大;涂层主要组成为低碳马氏体;TiC主要分布于晶粒内和晶界处.     

45# 钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末

目的提高45#钢的表面性能。方法利用IPG光纤激光加工系统,采用不同的工艺参数在45#钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末,对熔覆层的宏观表面(平整度、表面硬度、裂纹情况)及金相组织、显微硬度分布进行对比分析。结果在激光功率为1200 W、扫描速度为2 mm/s、送粉电压为7 V时,获得的熔覆层宏观表面相对平整光滑,平均洛氏硬度约是基体的2.5倍。由微观组织分析得知,熔覆层及界面处无裂纹、气孔等缺陷,熔覆层中上部组织晶粒细小,沿熔覆层与基体交界处向外,晶粒呈现柱状晶及等轴晶,组织性能良好,基体与熔覆层间冶金结合比较牢固。熔覆层显微硬度分布比较均匀,并且与基体相比提高了约1.5倍。结论 45#钢表面机械性能得到提升,在其表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末具有可行性和研究价值。     

工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响

采用盲孔法测量Q345钢块表面多层多道激光熔覆Co基涂层的残余应力,研究了熔覆工艺路径对激光熔覆残余应力的影响.结果表明,平行焊道方向的残余应力远大于垂直焊道方向的应力,且均为拉应力;增加激光熔覆层单层厚度,熔覆层及试板背部基材残余应力明显增大.与两层熔覆层激光焊道平行叠加的熔覆路径相比,采用两层熔覆层垂直交叉的熔覆工艺路径,降低了熔覆层的残余应力,采用分区熔覆且每个区域各熔覆层垂直交叉堆焊的熔覆工艺路径,熔覆层残余应力水平最低;熔覆前对试板进行2 mm的预弯变形对涂层残余应力影响不明显,但显著降低了试件背面的残余应力.     

7CrSiMnMoV钢表面激光熔覆Ni/WC性能研究

利用激光熔覆技术在7CrSiMnMoV钢表面熔覆一层Ni/WC涂层,分析了熔覆层横截面显微硬度随深度的变化情况,并用X射线衍射仪对熔覆层的物相组成及WC在激光熔覆过程中的变化情况进行了分析。同时,在金相显微镜下观察了激光熔覆层与基体材料的结合情况,并对结合处产生变化的原因作了一定的解释。结果表明,采用Ni60+30%WC金属合金粉末对基体材料进行表面强化处理后,能显著提高基体材料的表面硬度,这对提升模具的耐磨性和延长其使用寿命有利,而且熔覆层与基体材料之间形成良好的冶金结合。     

表面曲率对激光冲击曲面材料表面残余应力场分布的影响

目的针对曲面材料在激光冲击作用下,表面曲率对激光冲击波传播存在影响,使其残余应力场分布情况不同于平面,分析其形成机理。方法将研究对象设置为凸模型,借助有限元软件ABAQUS,模拟了1500MPa冲击压力下,激光冲击波分别加载1/5、1/10、1/15曲率的7050铝合金试样。设置相应的平面试样作为对照组,并采用相同参数条件进行实验验证。结果当曲率为1/5时,冲击后的材料表面残余应力场分布不均匀,在母线方向的光斑边缘处,残余压应力仅为-237.0 MPa,塑性应变层深为0.5878μm;在圆周方向的光斑边缘处残余压应力为-258.5 MPa,较母线方向增加9.07%,塑性应变层深达到1.235μm,较母线方向增加110.11%。这一现象随着曲率的减小而逐渐消失,当曲率小于1/15时,表面残余应力场分布近似平面。结论激光冲击凸模型时,表面残余压应力场分布存在偏向现象,即试样沿母线方向的残余压应力值小于圆周方向,其对应的塑性应变深度也呈相同的规律。     

激光快速成形过程中残余应力分布的实验研究

以基材为1Cr18Ni9Ti不锈钢，熔覆材料为Ni20自熔合金粉末，采用激光快速成形制取试件，并用小孔法对成形试件中残余应力的分布特性进行了实验研究。结果表明，成形试件中的残余应力整体水平较低，属于低残余应力。靠近基材处熔覆金属承受1个与光束扫描方向平行的压应力，随着熔覆层数的增加，压应力值逐渐减小并转变为拉伸应力，同时应力值呈增加趋势，与此相比，与光束扫描方向垂直的应力值相对较小。     

多层熔覆对激光熔覆层微观组织和硬度的影响

采用金相显微镜和硬度计研究了多层熔覆对激光熔覆层微观组织和硬度的影响.结果表明,两层熔覆层交界处的硬度变化规律为以界面为基准线,往第二层熔覆层方向硬度随距离的增加而逐渐增加,往第一层熔覆层方向随着距离的增加,硬度先降低后增加最后降低;在层间停光时间较长的情况下,熔覆层数的增加会使试样平均硬度有所下降,靠近基材的熔覆层硬度低于远离基材的熔覆层硬度,多层激光熔覆不同层的组织没有明显差异;在层问停光时间极短的条件下,熔覆层数的增加会导致试样平均硬度急剧下降,靠近基材的熔覆层硬度高于远离基材的熔覆层硬度,多层激光熔覆不同层的组织有明显差异.     

工艺参数对钛合金激光熔覆 CBN 涂层几何形貌的影响

目的获得制备形貌较佳的CBN激光熔覆层的工艺参数。方法以CBN粉末为熔覆材料,在TC11钛合金表面制备CBN熔覆层。设计正交试验,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,研究工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量、预置层厚度)对涂层几何形貌的影响规律。结果随着激光功率、扫描速度、离焦量和预置层厚度的增大,熔覆层宽度、高度以及熔池深度都发生相应的改变。其中扫描速度对熔覆层形貌的影响最大,其次为激光功率和预置层厚度,离焦量的影响最小。随着激光功率增大,熔覆层宽度先增大后减小,熔覆层高度逐渐降低,熔池深度逐渐增大。扫描速度、离焦量和预置层厚度的增加都导致熔覆层宽高和熔池深度的减小。结论最优的工艺参数为:激光功率1400W,扫描速度4mm/s,离焦量35mm,预置层厚度0.4mm。     

AlN陶瓷表面单道激光熔覆铜应力应变数值分析

激光熔敷过程中保护气体对工件的散热作用不可忽略,根据简化二维流体模型将散热问题转化为流体力学问题并将对流换热转化为导热,针对保护气体对工件的散热形式展开探讨并对散热效果进行了定量化表征,发现对流换热系数为热导率的数百倍.将保护气体的散热计算结果引入AlN陶瓷表面单道激光熔覆铜应力与应变计算过程中,根据第一和第三强度理论,发现熔覆过程中裂纹产生形式主要包括3种,分别为铜覆层与AlN陶瓷基体结合面撕裂、AlN陶瓷上表面拉裂和垂直于熔覆方向的铜熔覆层横向裂纹,分析其产生机理并据此提出优化工艺参数的指导原则.     

扫描速度对激光熔覆薄板高速钢变形与组织的影响

目的 探究激光熔覆薄板W6Mo5Cr4V2高速钢刀具材料过程中扫描速度对刀具基材热影响程度、基材热积累翘曲变形和微观组织、熔覆层物相组成的影响规律,找出适合于薄板高速钢刀具材料的扫描速度参数选择范围。方法 采用单一控制变量的实验,制备出一组单道熔覆样件,分析不同扫描速度对基材热影响形貌、基材翘曲变形、显微组织及硬度的影响特性。结果 热影响区随着扫描速度的提高而不断减小,沿着熔覆方向,其热量累积程度逐渐加大,热影响区面积沿着熔覆方向往两侧扩散。扫描速度为2 mm/s时,基材底面的变形量为0.077 mm,且变形从中心向边缘扩展,以熔覆道对应中心部位最为凸出;当扫描速度为3 mm/s以上时,变形量减少到0.03 mm以内;当扫描速度为4 mm/s时,熔覆层与基材左右结合边界的最大裂纹宽度降低为0.013 mm,且裂纹长度明显减少。不同的扫描速度只影响熔覆层的组织细化程度和最高硬度区间,对熔覆层强化机理和组织成分没有较大的影响。结论 在熔覆薄板高速钢刀具材料时,较快的扫描速度可以减少基材表面的热影响程度,较慢的扫描速度容易引起基材的“鞍型”翘曲变形。当选用3 mm/s以上的扫描速度时,基材的翘曲变形量可以有效的控制在0.03 mm以内,且提高扫描速度可以在一定程度上有效降低结合边界裂纹尺寸。     

TC4钛合金表面激光熔覆法制备Y_2O_3颗粒增强Ni/TiC复合涂层

采用激光熔覆法在TC4钛合金表面原位制备Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层,研究涂层的相组成、微结构、成分分布及性能。结果表明,复合涂层内的微结构和成分在深度方向具有分层现象,这主要是由激光熔覆过程的快速熔凝和冷却过程所致。在激光熔覆过程中,TiC粉末完全熔化并在凝固过程中析出为细小枝晶,这些TiC枝晶的尺寸随着深度的增加而减小,而Y2O3颗粒则分布在整个重熔层中。Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层具有较均匀的硬度,其最高值约为HV1380,比基体高4倍以上。由于复合涂层具有高的硬度,钛合金经过激光熔覆后其耐磨性得到大幅度提高。     

面向铝基发动机气门座圈的激光熔覆铜基合金工艺及性能研究

目的 为了提升发动机气门座圈耐磨耐冲蚀性能,延长发动机寿命。方法 针对铝基发动机气门座圈,采用激光熔覆制备铜基合金覆层,对激光熔覆工艺与熔覆层性能之间的关系进行研究。以稀释率、覆层接触角为衡量标准优化参数,研究激光扫描速度、送粉率、激光重熔参数与熔覆层组织形貌的关系。结果 熔覆层的表层组织随扫描速度的增加而细化,同时,熔覆层的稀释率和覆层接触角均增大,而熔覆层的稀释率和覆层接触角随送粉率的增加呈下降趋势。通过改变激光重熔参数,可改变强化相在熔覆层中的分布情况,从而改变熔覆层硬度。通过对剪切断面进行分析,结果表明,结合界面的剪切强度随着扫描速度的增加先增加后降低,在扫描速度为8 mm/s时,剪切强度最大,为142.31 MPa。在最优参数下,熔覆层的平均硬度为392HV0.05,相当于ZL104铝合金基体硬度(约85HV0.05)的4.6倍。结论 熔覆层冲蚀磨损和销盘磨损试验表明,铜基涂层具有最低的摩擦因数和最低的冲蚀质量损失,印证了铜基覆层可以提升发动机气门原材料的耐磨耐冲蚀性能,并在一定程度上提升发动机缸体寿命,为实际应用提供一定的指导。