纳米A_2lO_3对激光熔覆钴基合金涂层组织的影响

利用5kWCO2激光器,在镍基高温合金表面熔覆纳米Al2O3/钴基合金复合材料,制备了涂层。利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了熔覆层的组织结构。结果表明,加入纳米Al2O3,界面的生长形态发生变化,由细长的柱状树枝晶转变为较短的树枝晶;纳米Al2O3含量大于1%时整个断面获得等轴枝晶组织;纳米Al2O3作为异质形核的核心,细化了组织;纳米Al2O3在熔覆层中分布不均匀,促进了γ-Co向ε-Co的转变;熔覆层的亚结构为层错。对熔覆层的组织形成机理进行了分析。     

QT-500球墨铸铁表面激光熔覆镍基合金的组织与性能

利用DL-T5000型二氧化碳激光器在QT-500球墨铸铁表面熔覆镍基合金,分析了激光熔覆层的显微组织,测试了其显微硬度及磨损性能。结果表明:所制得熔覆层组织致密、无裂纹,与基体形成了良好的冶金结合。从熔覆层表面到基体热影响区,组织依次为大量的树枝晶、等轴晶、树枝晶。熔覆层的硬度较基体提高了5倍,熔覆层的总磨损率大约为基体的1/6。熔覆层耐磨性能增强的主要原因是镍基合金与涂层元素镍、铬等固溶强化和碳化物等析出相的强化作用。     

激光熔覆修复铜合金零件的工艺研究

研究了铜合金表面激光熔覆修复工艺和熔覆层组织.结果表明,采用优化的激光功率和扫描速度,可在黄铜基体表面熔覆与基体呈冶金结合、无裂纹的锡青铜合金修复涂层;其熔覆层组织具有快速凝固特征,熔覆层从下到上分别为细小胞状晶、粗大树枝晶、细小枝晶和胞状晶组织.     

纳米A2lO3对激光熔覆钴基合金涂层组织的影响

利用5kW CO2激光器，在镍基高温合金表面熔覆纳米Al2O3／钴基合金复合材料，制备了涂层。利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了熔覆层的组织结构。结果表明，加入纳米Al2O3，界面的生长形态发生变化，由细长的柱状树枝晶转变为较短的树枝晶；纳米Al2O3含量大于1％时整个断面获得等轴枝晶组织；纳米Al2O3作为异质形核的核心，细化了组织；纳米Al2O3在熔覆层中分布不均匀，促进了γ-Co向ε—Co的转变；熔覆层的亚结构为层错。对熔覆层的组织形成机理进行了分析。     

42CrMo钢表面Fe-WC激光熔覆层的组织与性能

用同轴送粉的方式在42CrMo表面激光熔覆Fe-WC合金粉末,通过扫描电镜、光学显微镜、能谱仪观察分析熔覆层的显微组织特征、WC陶瓷颗粒对熔覆层组织性能的影响、WC陶瓷颗粒分布特征及WC周围块状共晶物的组成成分;用显微硬度计、摩擦磨损试验仪、高精度电子天平测量基体与熔覆层的性能及质量损失,分析了引起性能曲线变化的原因。结果表明,熔覆层底部到顶部的组织变化为平面晶、晶界明显的胞状晶、交错生长的柱状树枝晶、排列紧密的胞状晶、方向均一的柱状树枝晶;WC陶瓷颗粒具有细化枝晶、阻断枝晶生长,增强熔覆层性能的能力;WC陶瓷颗粒在熔覆层中聚集分布,形成较宽的陶瓷带;WC陶瓷颗粒周围的块状共晶物是由WC部分分解得到的,其组成元素包括C、W、Fe、P、Cr。熔覆层平均硬度达到850 HV0.3,是基体平均硬度的3.4倍。摩擦因数为0.275左右,比基体小0.525。基体的质量损失是熔覆层的11倍多。说明Fe-WC合金熔覆层能够有效提升基体的硬度及其抗磨损能力。     

激光熔覆添加稀土Ni基合金涂层的组织

为提高零件表面的耐磨性和耐蚀性,采用CO2激光器在45钢表面熔覆添加稀土的Ni-Cr-B-Si合金粉末,获得了与基体呈冶金结合的、性能良好的镍基涂层。采用扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计对熔覆层的界面组织、显微硬度、物相等做了分析。结果表明,激光熔覆添加稀土的Ni基合金涂层组织由平面晶、胞状晶、柱状树枝晶组成,涂层具有较高的硬度,稀土变质的激光熔覆处理对提高低碳钢性能具有重要的指导意义。     

激光功率对Cr12钢铁基熔覆层的组织和显微硬度的影响

以铁基合金为熔覆粉末材料,采用不同激光熔覆功率进行单层单道激光熔覆,分析了光纤激光功率参数对熔覆层组织和性能等方面的影响。结果表明,随着激光功率的增加,激光熔覆层的显微组织形态由胞状晶和柱状树枝晶向树枝晶转变。其他工艺参数不变,组织中的晶粒尺寸随着激光功率的增大而增加。熔覆层显微硬度随距熔覆层表面距离的增加而增加,在距表面0.8mm处达到峰值,随后降低至母材硬度值附近,当激光功率为700W时,0.8 mm处显微硬度值最大,硬度HV_(0.2)为681.16。熔覆层中所含有的主要物相为Fe_(0.94)Ni_(0.054)、[Fe,Ni]、Cr_3C_2和Cr_(23)C_6。     

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).     

K403合金连续CO2激光熔覆层质量控制

在K403高温合金的基体上,采用连续CO2激光器熔覆商用司太立合金,分析了激光熔覆层的组织特征和熔覆层熔合质量.结果表明,熔覆层组织由柱状树枝晶和细小等轴晶等构成;良好的熔覆质量与激光熔覆线能量有关,当线能量为200～320 J/mm时可以获得熔合界面良好,无裂纹的熔覆层;熔覆层裂纹与K403合金中沿晶分布的低熔点共晶及碳化物有关.     

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.     

曲面零件激光熔覆轨迹的快速算法与自动生成

目的为满足激光熔覆工艺要求,提出一种针对曲面零件激光熔覆加工轨迹的快速生成算法。方法利用零件的STL格式转换为三角片模型网络,采用切片理论,生成一组厚度为0、方向与轨迹垂直的平面片族,同时将切片之间的距离设置为熔覆搭接率,搭接率取30%。每一切平面与三角面片产生交点,连接这些交点在平面内形成轨迹线段,通过加工过程中激光离焦量的固定值去除多余点,达到质量要求的同时也简化数据量,故提出搜索插补点算法,得到最终轨迹路径点,同时利用插补点在曲面上的法向矢量确定激光姿态,使用UG API与Visual Studio编写适用于激光熔覆轨迹的快速算法与自动生成的程序。结果模型的点云有47 756个数据,提取出了4260个轨迹点作为扫描轨迹,利用本文算法得到了5669个点,通过搜索插补点算法后得到最终轨迹点3861个,节约了搜索时间。将取得的每个点坐标信息与法向量信息传入机械人程序,达到了较好的熔覆质量。结论此方法用于曲面零件的熔覆轨迹规划,具有较好的稳定性和有效性。     

基于特征划分熔覆轨迹的干涉检测及修正

目的激光再制造技术在实际加工过程中会遇到多种复杂曲面的零件,合理的激光路径规划是获得高性能涂层的关键因素。方法将当前光束向量平移一定距离,平面空间被分割成正域和负域,利用特征属性判断当前点的归属关系,快速排除肯定不与零件发生干涉的激光束。转入精确检测,计算干涉因子λ,确定矢量h,将曲面划分成规则的微元对象block,分析光束与block的交点信息,完成干涉检测的精确搜索。在保证熔覆层质量理想的条件下,计算相应干涉量θ,以当前点为焦点,切线方向为固定轴旋转角度θ,调整光束姿态至安全区域。结果编写C程序算法,对实际零件三维建模并进行轨迹仿真。预期点集共47883个,其中失效点7341个,计算相应干涉量在10°范围内。完成所有干涉光束的有效修正,生成优化后的机器人路径程序。结论再制造前处理阶段,该算法通过仿真实验模拟对象间的碰撞检测,及时消除激光加工中存在的安全隐患,形成合理的熔覆轨迹,提高加工效率,节约生产成本。     

激光金属成形定向凝固显微组织及成分偏析研究

利用高温合金Rene95粉末在镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆。研究熔覆层中凝固显微组织的生长特性。基于对柱状晶向等轴晶转化理论的分析，证实通过控制工艺参数组合，可获得具有良好取向的单道多层、多道搭接多层定向凝固涂层和圆环的定向凝固试样，涂层内部的定向凝固柱状枝晶组织细密，枝晶一次间距为5－30μm，二次臂很小或者完全退化。涂层内无明显的成分偏析现象。     

U71Mn轨道表面激光再制造FeCrNiB覆层工艺与组织性能

针对U71Mn轨道表面磨损及激光再制造的表面耐磨性不足、气孔缺陷易发等再制造难点,提出并验证了脉冲激光熔覆制备轨道表面FeCrNiB覆层的工艺与方法。试验结果表明：熔覆层顶部主要分布细小致密的等轴晶、中部交错存在较多的树枝晶,树枝晶晶粒具备长大条件已存在初次晶臂和二次晶臂,覆层低部呈现出的胞状晶组织,大致垂直于界面;熔覆层中Cr₇C₃硬质相和纳米级极细粒状和片状珠光体组织的存在,使熔覆层具有较高硬度及耐磨性,熔覆层的平均硬度由310 HV_0.2提升至750HV_0.2;在同等的摩擦磨损条件下,熔覆层的耐磨性提高了5倍;对接试样的抗拉强度略小于基体抗拉强度,但仍能满足钢轨使用要求。     

基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真分析

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造. 基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型. 利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划. 对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化. 调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能. 验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.     

基于NURBS曲面的汽轮机叶片激光熔覆再制造路径规划

针对汽轮机叶片的复杂造型,提出一种基于NURBS曲面拟合的几何模型重构方法,得到了一种获取稳定的激光功率密度的路径规划方法。通过计算点在曲面上的曲率,将局部NURBS曲面拟合为曲率球,对激光束扫描面积进行简化计算。根据熔覆加工精度要求,调整激光头姿态沿曲面的法矢方向,约束激光束扫描面积,得到熔覆加工插补点,保证了基材表面获取稳定的激光功率密度。根据插补点的法向矢量计算得到机器人对应的位姿,利用CIMOCO软件验证熔覆轨迹的正确性;通过试验得到较好的熔覆层,证明了方法的可靠性和可行性,为复杂曲面的激光熔覆再制造提供了一种新方法。     

激光能量密度对65Mn钢表面Ni60A/WC复合涂层摩擦磨损性能的影响规律

目的 改善旋耕刀65Mn钢的摩擦磨损性能,提高农机触土零部件的使用寿命。方法 采用激光熔覆技术在65Mn钢基体表面制备Ni60A/WC复合涂层。通过改变激光功率调节激光能量密度,在不同能量密度下制备Ni60A/WC复合涂层,观察并测试不同参数下复合涂层试样的宏观形貌、微观结构、物相组成、元素分布、显微硬度及摩擦磨损特性,研究激光能量密度对Ni60A/WC复合涂层组织演变及摩擦磨损性能的影响规律和机理。结果 Ni60A/WC复合熔覆层顶部主要有胞状晶和树枝晶,分布较紧密,熔覆层中部主要有树枝状晶,熔覆层底部主要为胞状晶和垂直交界面生长的枝晶,且分布均匀致密。随着激光能量密度的升高,熔覆层的熔高和熔深增加显著,WC硬质相颗粒发生分解,硬质相的数量明显减少,涂层的平均显微硬度降低。在激光能量密度为120 J/mm²时,熔覆层的平均显微硬度为587.1HV1.0,相较于基体,提升了约1.8倍。此时熔覆层的平均摩擦因数最小,为0.312,相较于基体,得到显著提升,摩擦磨损机制为轻微的磨粒磨损。经田间试验测试发现,在激光能量密度为120 J/mm²时制备的带有熔覆层的旋耕刀相较于无熔覆层的旋耕刀,其磨损质量降低了63%。结论 通过控制激光能量密度,可以有效调控Ni60A/WC熔覆层的硬度和耐磨性,可为农机触土易磨损件的减摩耐磨表面强化改性提供理论指导。     

Effect of power on microstructure and properties of laser cladding NiCrBSi composite coating

A laser clad NiCrBSi composite coating was fabricated on the surface of 42CrMo steel using 6?kW fibre laser. The morphology and composition of the composite coating formed under different powers were studied using scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, X-ray diffraction spectroscopy. The microhardness and wear resistance were measured with a MICROMET-5103 digital microhardness tester and a MM-200 ring-block wear testing machine, respectively. The results showed that the cladding layer and the substrate have good metallurgical bonding. The microstructure nearing the fusion line is a columnar grain and that of the cladding layer is mainly a cellular grain. The main phases of the laser cladding layer are γ-Ni, (Fe,Ni), M₇C₃, M₂₃C₆ and CrB. The dilution rate of the laser cladding layer increased with the increase of laser power. The microhardness of the cladding layers decreased with the increase of laser power, and wear resistance of the cladding layer first increased and then decreased with the increase of laser power. When the laser power was 2000?W, the wear resistance of the composite coating was at its highest.     

激光熔覆H13钢的裂纹敏感性及形成机理

采用同轴送粉激光熔覆方法在H13钢基体上多道搭接熔覆H13钢,用光学显微镜、SEM和XRD对熔覆层的组织特征进行分析,用着色渗透法检验熔覆层裂纹,通过图像处理定量表征裂纹密度,研究了工艺参数对裂纹敏感性的影响,并分析研究了裂纹形成机制。结果表明,H13钢激光熔覆层的组织主要由枝晶状奥氏体转变的马氏体和残留奥氏体组成;熔覆层裂纹敏感性较大,主要是热裂,裂纹在奥氏体柱状枝晶间萌生并扩展;激光功率对裂纹敏感性影响大,功率越大裂纹敏感性越低,优化工艺参数可以获得无裂纹缺陷熔覆层。     

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。