Sturctural characteristics or the surface of cold-rolling rolls refitted by radiation heat treatment

At present, besides the conventional methods for strengthening (bulk hardening, treatment by high-frequency current) parts operating under high contact loads and elevated wear, methods of surface treatment by concentrated energy fluxes, including laser and electron-beam irradiation, are used. Treatment of the surface of parts made of tool steels by a focused beam in an optimum regime improves their hardness and wear resistance. The present work is devoted to investigating the properties of cold-rolling rolls refitted by electron beam treatment.Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 9, pp. 2–4, September, 1995.     

Effect of laser surface treatment on corrosion and wear resistance of ACM720 Mg alloy

A creep resistant Mg alloy ACM720 was subjected to laser surface treatment using Nd:YAG laser equipped with a fiber optics beam delivery system in argon atmosphere. This treatment was found to be beneficial for the corrosion and wear resistance of the alloy. Long-term linear polarization resistance and Electrochemical Impedance Spectroscopy measurements confirmed that the polarization resistance values of laser surface treated alloy were twice as high as that for the untreated alloy. The improved corrosion resistance was attributed to the absence of the second phase Al₂Ca at the grain boundary, microstructural refinement and extended solid solubility, particularly of Al, in α-Mg matrix owing to rapid solidification. The laser treatment also increased surface hardness two times and reduced the wear rate considerably due to grain refinement and solid solution strengthening.     

Structure and fracture toughness of high-strength perlite-cementite cast iron after plasma treatment

Treatment of cast iron is a promising application of surface strengthening by highly concentrated energy sources. As a structural material, cast iron in widely used in many branches of industry. The conventional methods of bulk heat treatment and surface strengthening (for example, by high-frequency currents) do not make it possible to realize completely the potentially high operating properties of cast iron. At present, considerable experience has been accumulated in plasma and laser strengthening of various grades of cast iron. However, the literature contains little data on the interrelation of the structure, phase composition, hardness, and wear resistance with the crack resistance of cast irons. At the same time, analysis of operational damage in cast iron parts shows that brittle fracture and breaking are an important cause of failure in such parts. The present work is devoted to investigation of the structure, the nature of disruption, and the criteria of short-term crack resistance of cast irons in surface strengthening by a highly concentrated plasma jet.Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 4, pp. 2 – 6, April, 1996. UDC 669.15-196:620.178.7     

土壤耕作部件耐磨减阻处理的研究现状

综述了提高土壤耕作部件耐磨性的多种方法。利用表面处理工程技术,例如堆焊技术、涂覆耐磨材料、热喷涂技术,可以在普通基材制成的零部件表面形成一层耐磨层,磨损时能有效保护零部件,从而使零部件具有良好耐磨性。由于表面涂层的可重复性,利用表面处理工程技术还可以修复磨损不严重的触土部件,提高产品利用率,减少钢铁资源损失。激光表面强化处理与高能离子注渗两种方法可以改变农机触土部件的晶体结构,从而提高产品耐磨性。自然界中的生物经过多年进化,能很好地适应自然环境,以生物体的轮廓结构为模型,依据仿生学理论研制的仿生部件可以有效降低土壤粘附率,达到减粘降阻的效果,进而减小零部件的磨损量,间接提高产品的耐磨性能。通过对海豹、鲨鱼等生物表面的研究发现,非光滑表面比光滑表面具有更好的减粘降阻效果,将零部件表面处理成非光滑表面能大大提高零件的耐磨性能。     

激光冲击强化MB8镁合金的工艺分析及摩擦磨损性能研究

目的 通过激光冲击强化技术的加工硬化效应改变MB8镁合金表面硬度及粗糙度，显著提高其抗磨损性能。方法 在不同功率密度、搭接率、冲击次数下对MB8镁合金激光冲击强化处理，通过非球面测量仪和显微硬度计分析材料表面粗糙度和显微硬度的影响规律，结合不同载荷下滑动摩擦磨损试验后的电镜图像，揭示激光冲击强化改变镁合金材料粗糙度、硬度从而影响耐磨性能的机理。结果 经激光冲击处理后镁合金硬度明显提高，表面硬度最大增幅达30.2%，同时形成了梯度硬化层。随着材料硬度的提升，其质量磨损率明显下降，耐磨损程度得到了显著改善，强化后镁合金的平均质量磨损率降幅可达28.73%。结论 试验冲击区域的粗糙度与激光功率密度呈正相关，与搭接率呈负相关，粗糙度随着冲击次数呈现先下降后升高的变化趋势。材料的硬化程度随着激光功率密度、搭接率和冲击次数的提高而增大，冲击次数的影响最为明显，激光功率密度次之，搭接率的影响最弱。低载条件下材料以磨粒磨损为主，而在高载荷条件下材料磨损过程伴随着疲劳磨损，强化效果有限。     

激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层组织及耐磨性能研究

目的 针对高铁制动盘等高速强力磨损的关键件,设计激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层,提高表面的硬度和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备CoCrNiMnTix高熵合金涂层,利用XRD和SEM对涂层微观组织进行表征,通过显微硬度计和纳米压痕仪测试涂层硬度,运用摩擦磨损试验机和三维形貌仪研究涂层的摩擦磨损性能。结果 在激光熔覆CoCrNiMnTix涂层中,随着Ti含量的增加,涂层物相由单一的FCC相转变为FCC+Laves相。由于固溶强化以及Laves相含量增多,涂层的显微硬度不断提高,CoCrMnNiTi硬度达到523HV0.1,最高纳米硬度达到6.91 GPa。CoCrNiMnTix系涂层的弹性模量大小相近。随着Ti含量的增加,涂层的耐磨性呈现升高趋势,当Ti的摩尔分数增加至0.75时,涂层具有最好的耐磨性,但进一步增加Ti含量时,由于脆硬性的Laves相逐渐增多,磨损形式由低Ti含量时的粘着磨损逐渐转变为高Ti含量时的磨粒磨损,使涂层耐磨性能下降。结论 激光熔覆CoCrMnNiTix涂层可以显著提高基体的耐磨性,Ti的摩尔分数为0.75时,在FCC基体中形成了少量Laves相,既提高硬度,又实现强韧配合,涂层表现出最佳的耐磨损性能。     

激光相变强化工艺参数对40CrNiMo钢组织与耐磨性的影响EI北大核心CSCD

航空发动机传动部件服役过程易磨损失效,为提高其寿命和可靠性需进行表面强化。在40Cr Ni Mo合金钢表面进行激光相变强化处理,通过调控扫描速度获得不同激光相变强化区组织,对其显微硬度和摩擦磨损性能进行表征。结果表明,随扫描速度降低,硬化层宽度和深度增大,显微组织变粗,马氏体含量增加。不同扫描速度下,硬化层表面显微硬差异小,为77~789 HV,相比基材(330 HV)提升135%以上。激光相变强化处理后,试样耐磨性大幅提升,硬化区组织为孪晶马氏体+回火索氏体的试样耐磨性最优,摩擦因数相比基材降低24.9%,磨损体积减少94.3%。研究表明,由高强的细小孪晶马氏体和韧性较好的细小回火索氏体组成的复相组织,能有效阻碍裂纹形成和扩展,显著提升耐磨性能。调控激光相变强化工艺参数,获得高强马氏体+韧性相的复相组织,能获得优异的耐磨性能。     

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。     

超声冲击强化焊接接头及金属表面强化研究进展

工程机械零件及焊接结构在服役过程中常常因为表面发生磨损、腐蚀和疲劳断裂而失效,而失效形式与其表面加工质量、应力分布状态和表面性能等因素密切相关。超声冲击是一种利用超声波振动驱动冲击针高速撞击工件表面,使工件表面产生塑性变形和残余压应力的表面强化技术,具有效率高、加工精度高以及加工范围广等优势。概述了超声冲击处理技术在焊接接头处理、金属材料表面强化、激光熔覆–超声冲击复合处理以及超声冲击–化学处理复合强化等方面的研究现状及进展。在此基础上,重点综述了超声冲击处理Al、Mg合金及合金钢焊接接头残余应力、力学性能及抗疲劳性能的变化,归纳了传统金属材料以及新兴高熵合金表面超声冲击处理后的组织、微观亚结构及性能变化,总结了超声冲击对激光改性层组织性能的影响规律以及超声冲击预处理对离子渗氮/渗硫层形成及其性能的影响等。超声冲击处理明显降低了焊接接头的残余拉应力,有效提高其疲劳强度,使金属和涂层表面产生纳米化组织,显著提升材料的表面硬度、耐磨性能、耐蚀性能以及耐高温性能,从而延长工程构件的服役寿命。显然,超声冲击处理技术与表面涂层技术相结合,为工程零部件表面强化提供了新的思路。对于表面涂层,超声冲击...     

柱塞表面激光熔覆铁基涂层的强韧化机理

文中在柱塞表面激光熔覆制备高硬度铁基涂层,采用SEM,XRD,EPMA和TEM等手段研究熔覆层组织特征及耐磨性,阐述其强韧化机理.结果表明,激光熔覆铁基合金涂层成形良好,无裂纹及气孔等缺陷,熔覆层与基体呈冶金结合,组织由(Ni,Fe)固溶体、(Cr,Fe)₂₃C₆碳化物和少量孪晶马氏体组成.铁基熔覆层的强化机制主要有细晶强化、固溶强化、弥散强化以及马氏体强化;熔覆层内(Ni,Fe)固溶体及细晶强化的综合作用,保证了高硬度铁基涂层的韧性.铁基熔覆层显微硬度较45钢提高4倍,最大值H_HV0.2=850 GPa;熔覆层耐磨性明显高于45钢,45钢表面出现大面积疲劳剥落,铁基熔覆层磨损面平整,磨痕很浅且少,磨损机制为轻微的磨粒磨损.     

45钢表面TD-Cr/PVD-CrN复合涂层磨蚀性能

目的 采用热扩散(TD)渗金属技术和物理气相沉积(PVD)技术对45钢表面进行强化,以提升45钢表面硬度和抗磨蚀性能,延长45钢的使用寿命。方法 采用热扩散渗金属技术和物理气相沉积技术制备TD-Cr、PVD-CrN及TD-Cr/PVD-CrN(Cr/CrN复合涂层)3种涂层。利用扫描电镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)研究涂层的微观形貌、元素分布和物相组成。通过纳米压痕研究涂层的硬度、弹性模量。通过摩擦磨损实验和电化学腐蚀实验,研究涂层的摩擦性能和腐蚀性能。结果 TD-Cr、PVD-CrN、TD-Cr/PVD-CrN 3种涂层的组织结构均致密均匀,厚度分别为19.78、1.075、32.24 μm。TD-Cr/PVD-CrN涂层的硬度达到28.7 GPa,高于其他涂层, 同时,Cr/CrN复合涂层的弹性模量和弹性恢复能力均优于其他涂层。在盐水环境下,TD-Cr、PVD-CrN、TD-Cr/PVD-CrN的摩擦因数分别为0.52、0.38、0.35,磨损体积分别为26、0.15、0.05,TD-Cr/PVD-CrN展现出较好的耐磨性能。在盐水环境下,TD-Cr/PVD-CrN涂层的抗腐蚀性能略低于TD-CrN涂层。结论 综合看来,TD-Cr/PVD-CrN复合涂层可以有效提升45钢的表面抗磨蚀能力,延长其使用寿命。     

磨损零件的激光熔覆修复实验研究

研究采用激光熔覆方法修复磨损的零件,将2Cr12基体材料与激光熔覆后的F321合金进行磨损对比实验的结果表明,激光熔覆后的F321合金的耐磨性是基体材料2Cr12的5倍,被修复的2Cr12零件其耐磨性大大提高.在较软的合金粉末中添加硬质相如WC等陶瓷颗粒时,可大大提高软性合金粉末的耐磨性.激光熔覆由软合金和硬质颗粒组成的复合粉末,能使硬质颗粒分散均匀.激光熔覆316L不锈钢熔覆层的实验表明,熔覆层内的硬度分布较均匀.     

Mechanical Properties of Vermicular Graphite Cast Iron Processed by Selective Laser Surface Alloying with Ultra-fine ZrO_2 Ceramic Particulates

In this work, the mechanical properties and microstructures of vermicular graphite cast iron processed by selective laser surface alloying with ultra-fine ZrO_2 ceramic particulates were investigated. A particulate-reinforced metal matrix composite coating with the thickness of ~650 μm was fabricated by laser treatment on the sample surface. The particulates were uniformly distributed in the microstructure of the coating. The tensile strength and microhardness both increased with the particulate fraction, since more tensile load was transferred from the matrix to the reinforcement showing essential strengthening effect. The composite coating also sharply reduced the wear mass loss and thus improved the wear resistance.     

50CrV钢螺丝刀刃口的激光淬火工艺优化与组织性能特征

为提高螺丝刀头刃口硬度与耐磨性,延长其使用寿命,在已做激光淬火薄壁件预试验基础上,采用大功率光纤耦合半导体激光器于螺丝刀刃口上进行激光淬火试验。利用光学显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验仪等试验测试仪器,分析刃口激光淬火区域组织形态特征、显微硬度及耐磨损性能,确定螺丝刀刃口激光淬火可行的工艺参数。试验结果表明:激光淬火后刃口由完全淬透区、过渡区、基材3部分组成,完全淬透区显微组织为针状马氏体与残留奥氏体,过渡区由马氏体与回火索氏体组成。刃口激光淬火合理工艺参数为激光功率600 W、扫描速度900 mm/min。激光淬火后刃口截面平均硬度为805.7 HV0.3,相对淬火前提高了177.4 HV0.3,表层硬度值达到816.7 HV0.3,相对淬火前提高了188.4 HV0.3。淬火后刃口表面磨损量为0.5 mg,为基材磨损量的27.8%,稳定摩擦因数为0.25,为基材稳定摩擦因数的65.8%。激光淬火工艺能有效提高螺丝刀刃口的显微硬度与耐磨性,可用于螺丝刀刃口表面性能强化。     

Effect of laser treatment on the wear resistance of steels

It is known that laser hardening increases the wear resistance of friction parts quite substantially. At the same time, many problems connected with the effect of the treatment process and the special features of laser hardening on the characteristics of wear resistance require detailed consideration. The present paper is devoted to the development of recommendations on choosing the optimum location and proportion of the areas of the hardened and unhardened regions of the surface of structural steels after their treatment with radiation of a continuous CO₂ laser. Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 10, pp. 10–12, October, 1998.     

Ti811合金表面TC4激光熔覆层微观组织及性能

按照CFM56系列发动机维修手册的建议,在Ti811合金表面采用同步送粉激光熔覆技术,以TC4合金粉末为原料,制备出均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷的激光熔覆层. 分析涂层的宏观形貌、微观组织结构和组织相变过程,测试涂层的显微硬度和摩擦磨损性能. 结果表明,扫描电镜下涂层微观组织呈现魏氏体结构特征,涂层显微硬度相比基材有所提高,主要原因是涂层中的针状马氏体α'有一定的强化作用;涂层中弥散分布的纳米颗粒Ti₃Al的沉淀强化和弥散强化等作用也在一定程度上提高了涂层的显微硬度;熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损机制.     

激光雕刻非光滑表面的微观组织和性能研究

采用激光雕刻技术在高速钢表面形成非光滑鳞片形态,利用扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射仪分析了在激光雕刻快热、快冷的条件下的微观组织及其形成原因.结果表明,熔化区有极细胞状组织、极细枝状晶的形成;相变区晶粒得到细化,碳化物尺寸减小;热影响区碳化物聚集长大.利用显微硬度计、ML-100磨料磨损试验机考察非光滑表面的硬度及耐磨性.结果表明,硬度最高可达1120HV,抗磨粒磨损性能是未处理前的3.3倍.非光滑表面耐磨性提高的原因是细晶强化、弥散强化、固溶强化和仿生效应.     

激光冲击强化对焊缝组织性能影响的研究进展

激光冲击强化(LSP)是一种典型的非弹丸撞击式表面强化技术,可有效提高金属材料的抗疲劳能力、抗腐蚀能力、金属耐磨性能和使用寿命,具有应变率高、效率高、强化效果好等优点。焊缝质量直接影响了焊接件的合格率,而焊缝强化一直是一个比较难的挑战。首先,介绍了激光冲击强化的加工原理,总结了激光冲击强化的影响参数及条件,包括激光功率密度、约束层和吸收层、激光冲击次数、光斑搭接率以及激光脉宽。控制强化工艺参数可以使焊缝显微硬度提升50%、残余压应力提升65%以上,大幅度提升抗拉强度,降低疲劳裂纹扩展。其次,综述了国内外研究人员运用激光冲击强化技术对不同材料焊缝强化的研究与应用,重点论述了激光冲击强化对焊缝力学性能和显微组织的显著强化效果,与未强化试样对比,强化后试样的各项性能明显提升。其中针对力学性能,详细分析了显微硬度、残余应力和疲劳裂纹扩展的变化情况,结合残余应力的理论研究、仿真分析、试验论证以及显微组织变化情况,认为激光冲击强化导致马氏体组织发生了碎化,提高了硬度,产生了残余压应力,引起了晶粒细化,进而有效控制了疲劳裂纹扩展,阻止了裂纹产生,提升了疲劳寿命。通过激光冲击强化不同工艺参数的协同作用,可以获得较高的残余压应力和硬度,引起动态再结晶、晶粒细化等微观组织演变以及位错运动,使焊缝力学性能和显微组织产生相互影响。分析认为,激光冲击强化技术是焊缝强化的有效焊接后处理工艺。最后,展望了激光冲击强化技术在焊缝强化领域中的应用前景。     

激光功率密度对SLM成形TC4磨损性能的影响

采用激光选区熔化技术(selective laser melting, SLM)制备TC4磨损试样,探究不同激光功率密度对SLM试样磨损性能的影响. 采用MMW-1A万能摩擦磨损试验机测试不同功率密度下SLM试样的耐磨损性能,通过X射线衍射仪(XRD),X射线能谱仪(EDS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征SLM试样的成分和结构,并用显微硬度仪测试硬度. 结果表明,SLM试样比精铸TC4磨损过程更稳定,提高激光功率密度有利于激光细晶强化作用,提高了材料的抗磨损性能.     

Laser hardening of iron-alloyed coatings

The results of the investigation of the process of laser treatment of iron-alloyed coatings, and of the structure and wear resistance of the surfaces, obtained in a methyl-sulphate-chloride electrolyte are reported. It is established that, in a multicomponent electrolyte, it is possible to obtain coatings with a thickness not less than 3 mm with a fibrous, granular, and stratified structure. The formation of many macrozones, characterized by different structure and phase transformations, is possible through CO₂ laser treatment (LT) of iron-alloyed coatings (IAC). Restored and hardened surfaces of internal-combustion engine parts under conditions that ensure the generation of an amorphous layer have a wear resistance several times higher than untreated alloyed electroplated coatings.