18Cr2Ni4WA钢表面微束等离子熔覆Ni60合金层的性能

过去,对飞机襟翼作动筒活塞磨损表面修复的研究较少。利用微束等离子弧热源在18Cr2Ni4WA基体表面制备了Ni60熔覆层,研究了熔覆层的形貌、成分、相结构、显微硬度、相对耐磨性及耐腐蚀性能。结果表明：熔覆层中有大量等轴晶,当熔覆扫描速度增加时枝状晶和柱状晶增多,熔覆层均匀、致密;熔覆层主要由γ-Ni,Ni,B,Cr21...     

等离子熔覆Ni—Cr合金涂层的组织与性能研究

采用等离子熔覆技术在40Cr钢基材表面熔覆Ni-Cr合金涂层,研究了熔覆层的组织特征、成分和显微硬度分布特点.结果表明:等离子熔覆层与基体的结合面是由等轴晶构成的,熔覆层与基体呈现良好的冶金结合状态;熔覆层中部分布着沿逆热流方向生长的排列较规则的枝晶组织;熔覆层表层是细小的枝晶组织.能谱分析表明在结合面处Ni,Cr含量发生显著变化,等离子熔覆可以实现低稀释率.熔覆层的显微硬度呈梯度过渡到基体,熔覆层外层硬度值最高,在结合面附近硬度出现显著的变化.     

工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层的组织、耐磨性及耐腐蚀性的影响

研究了不同工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金后熔覆层微观组织及硬度、耐磨、耐蚀性能的影响,并寻求最佳激光工艺参数,以期获得冶金结合较好,耐磨、耐蚀性能良好的熔覆层。根据组织与性能的综合分析可知,最优激光工艺参数为激光功率2.5kW、扫描速度4mm/s、送粉速率300mg/s。利用优化工艺参数熔覆后的熔覆层宏观形貌平整、光滑,熔覆层宽度为14.36mm,高度为1.612mm,熔池深度为0.248mm,稀释率为13.33,硬度较高,平均显微硬度为646.4HV,并且耐磨损性能较好,磨损量较低。此外,熔覆层的耐腐蚀性能也较好,自腐蚀电位为-286.77mV。在一定的激光工艺参数下,组织从结合区至熔覆层表层依次为平面晶、胞状晶、柱状晶、树枝晶、等轴晶。激光功率、扫描速度、送粉速率不同,熔覆层中组织粗细变化呈现一定的规律性:随着激光功率的增大,组织由细小逐渐变的粗大;随着扫描速度的增大,组织先变细小,然后变粗大;随着送粉速率的增大,组织逐渐变细小。合金的耐磨性与耐蚀性不仅与组织大小有关,而且与组织物相组成密切相关。     

铝青铜表面激光熔覆镍基涂层的组织与磨损性能

为了改善铜合金表面的耐磨性能,利用超音速火焰喷涂和激光重熔技术在铝青铜上制备了镍基涂层。分析了激光熔覆层的微观组织,测试了其显微硬度及磨损性能。结果表明:熔覆层组织致密、无裂纹,与铝青铜形成了良好的冶金结合;从熔覆层表层到基体热影响区,组织呈现出由细小的柱状晶→胞状晶、树枝晶→平面晶过渡;激光熔覆层磨损量约为铝青铜的1/4,熔覆层耐磨能力的增强归因于熔覆层与铝青铜间良好的冶金结合及基体与涂层元素固溶强化和碳化物等析出相的强化作用。     

B_4C加入量对氩弧熔覆Ni-Cr-W合金涂层组织及耐蚀性能的影响

为改善Ni基合金涂层的组织及耐蚀性,采用氩弧熔覆技术在40Cr钢基体表面制备Ni-Cr-W基/B_4C复合涂层,主要研究了B_4C加入量对涂层显微组织、显微硬度以及耐蚀性能的影响。结果表明:合金涂层显微组织由平面晶、柱状晶和树枝状晶等组成;当B_4C含量为5%时,涂层熔覆层的组织明显发生细化;当B_4C含量超过5%时,熔覆涂层表面出现气孔和裂纹等缺陷,内部夹杂增多,涂层质量下降;B_4C的加入提高了合金涂层的硬度,当B_4C含量达到5%时表面硬度较高,达到1 027.4 HV_(0.5N),B_4C含量继续升高,硬度变化不大;B_4C的加入降低了熔覆层耐蚀性,当B_4C含量为5%时耐蚀性相比未加B_4C时的下降不多,耐蚀性较好。     

SiC含量对激光熔覆SiC/Ni60A复合涂层显微组织和耐磨性能的影响

利用LDM2500-60半导体激光器在45#钢板上制备SiC颗粒增强Ni60A合金激光熔覆涂层,系统研究SiC含量对涂层的显微组织、稀释率、耐磨性、摩擦因数和显微硬度的作用规律。结果表明:随着SiC含量增加,熔覆表层的微观组织细化,稀释率、耐磨性、摩擦因数和硬度均先增加后降低;当SiC含量为20%(质量分数,下同)时,熔覆层的耐磨性能最佳,磨损量仅为0.0012g,为基体磨损量的1/36.3;摩擦因数最小为0.464,且磨损过程最为平稳;熔覆层平均硬度值最高,达到1039.9HV0.2,为基体的3.5倍;但当SiC含量达到25%时,熔覆层的显微硬度与耐磨性能反而下降。     

45钢表面激光熔覆CoCrNi中熵合金涂层组织与性能

为探究CoCrNi中熵合金在激光熔覆领域中的应用,以CoCrNi合金粉末作为熔覆粉末,在45钢表面采用同轴送粉法制备合金涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、摩擦磨损实验机和电化学工作站等设备研究了熔覆层微观组织、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果表明：熔覆层成形良好,组织均匀致密,组成相主要为FCC单相固溶体;熔池与基体交界处为平面晶,底部靠近中心为柱状晶,顶部分别为胞状晶和等轴晶,3种元素在熔覆层深度方向上的比例几乎相同;熔覆层平均硬度为250HV,摩擦系数、磨损量较基体分别降低了11.7%和36.7%;自腐蚀电流密度略有降低,CoCrNi熔覆层的钝化区域为-150到1 100 mV,表明熔覆层显著提高45钢的耐腐蚀性能。     

激光熔覆Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层的显微组织与性能研究

采用CO2激光熔覆技术在AISI 1045钢基底上制备了Al_xCrFeCoCuNi涂层。通过改变Al的含量来研究其对显微组织和耐磨性能的影响。涂层的微观结构、化学成分和相结构分别通过扫描电镜、能谱和X射线衍射进行了分析。研究结果表明,Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层主要包括熔覆层、结合区和热影响区。熔覆层和基底具有很好的冶金结合。熔覆层主要由等轴晶和柱状晶组成。XRD分析可知,由于高熵效应使得Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层相结构主要为简单面心和体心立方结构。Al_xCrFeCoCuNi的表面硬度最高可以达到758Hv,是基底的3倍,而且显微硬度随着Al含量的增加而升高。Al含量高的涂层具有高的硬度,从而提高了耐磨性能。     

横向交变磁场对铝合金电弧增材成形组织与性能的影响

为细化铝合金电弧增材成形组织晶粒、减少组织缺陷、提高熔覆层的力学性能，在电弧增材成形过程中耦合横向交变磁场制备了铝合金熔覆层，并对熔覆层微观组织结构和力学性能进行表征分析，研究了在横向交变磁场中励磁电流变化对熔覆层组织和性能的影响。结果表明：在磁场作用下，凝固组织中粗大柱状晶数量减少，等轴晶数量增多，晶粒尺寸细化。当励磁电流为11 A时，熔覆层截面平均显微硬度为83.9HV,较无磁场时提高近10%。当励磁电流为8 A时，在横、纵两方向上抗拉强度分别为275.7 MPa、254.3 MPa,平均延伸率分别为21.9%、26.2%,综合力学性能均高于未引入磁场。     

等离子熔覆法制备AlxCoCrFeNi高熵合金微观组织与性能研究

利用等离子熔覆法在Q235基体上制备了Al_xCoCrFeNi(x=1、1.5,x为摩尔分数)高熵合金,对熔覆层的化学成分、相结构、微观组织和显微硬度进行了研究。结果表明:熔覆态高熵合金具有简单的固溶体结构,微观组织为树枝晶,Al含量从x=1增加到x=1.5时,物相组成由FCC+BCC两相转变为单一的BCC相;当x=1.5时,枝晶间有纳米级颗粒析出;Al_(1.5)CoCrFeNi熔覆层与基体呈现良好的冶金结合,界面附近的热影响区由于珠光体脱碳分解而形成了约为80μm宽的铁素体带;随着Al含量的增加,熔覆层的显微硬度从x=1时的478HV增加到x=1.5时的530HV。     

Effect of ultrasonic micro-forging treatment on microstructure and mechanical properties of GH3039 superalloy processed by directed energy deposition

In this work,ultrasonic micro-forging treatment(UMFT)was introduced to achieve homogeneous microstructure,reduce defects and improve mechanical properties of GH3039 superalloy cladding layer processed by directed energy deposition(DED).The microstructure,defects and mechanical properties of the cladding layers treated by UMFT with different ultrasonic powers(UIPs)were investigated.Results revealed a gradient structure as equiaxed grains distributed at the top,a columnar-to-equiaxed transition(CET)region that mixed of columnar dendrites and equiaxed grains distributed at the middle and colum-nar dendrites at the bottom of the cladding layer was formed.After UMFT,the proportion of equiaxed grains was increased,the average size of equiaxed grains was refined to 10 μm from 16 μm,the orien-tation of grains was more uniform and the phases enriched of Al,Ti,C,Nb and Mo were precipitated.The grain refinement can be attributed to the fracture of columnar dendrites induced by the ultrasonic vibration during solidification.Besides,the porosity of the cladding layer was reduced after UMFT.The microhardness of the cladding layers exhibited a depth-dependent gradient at the top region.The micro-hardness of the top surface was the highest and showed an increasing trend with the increase of UIP.The microhardness of different grain morphologies exhibited no substantial difference.However,due to grain refinement and precipitation of strengthening phase induced by UMFT,the microhadness of some local locations were improved.These results indicated UMFT has a significant effect on improving the microstructure,defects and mechanical properties of the deposited cladding layer.     

Rapid prototyping of 5356-aluminum alloy based on variable polarity gas tungsten arc welding: process control and microstructure

This paper concentrates on rapid prototyping of a 5356-aluminum alloy based on a new deposition process of variable polarity gas tungsten arc welding (VPGTAW), and describes the microstructure and geometrical properties of the deposited layers. The wettability and distortion tendency of the deposited layers is effectively improved by preheating the substrate up to 118°C, monitoring the arc-length, and adjusting the arc current during the deposition process. The relationships between the geometry of the deposited layers and the welding parameters are developed. The surface roughness of the deposited parts is found to be in the order of 2 μm. The deposited layers exhibit equiaxed dendrites at the top layer, fine equiaxed grains at the middle, and bottom of a deposited wall together with some precipitates distributed at the grain boundary regions, and coarse columnar grains at the bonding zone between the deposited wall and the substrate. The residual microstructure such as grain size and distribution of precipitates is highly dependent on the related locations in the deposited wall. The deposited samples possess a maximum hardness at the top layer and exhibit a slight decreasing trend towards the middle and bottom of the fabricated part due to the heat effects of the material that occurs during the deposition. By understanding these relationships between parameters and their effect on the process output, the process can be used more effectively and the quality be improved as well.     

间隙填充电弧增材制造成形质量及组织性能研究

目的 传统多道焊缝搭接模型存在沉积环境不对称、热量累积严重及最终成形质量差的问题,针对以上情况,提出了间隙填充模型,并研究了该模型对成形质量及组织性能的影响。方法 以4043铝合金为填充材料,探究了沉积顺序、沉积方向、道间冷却时间及CMT电弧模式对搭接质量的影响。确定了多层多道沉积策略,分别基于间隙填充模型和传统搭接模型进行了长方体式试样的沉积,对比分析了所成形试样的成形质量、微观组织及力学性能。结果 当送丝速度为5 m/min、焊接速度为0.6 m/min时,在CMT+P的电弧模式下,采用由内而外的沉积顺序、道间反向的沉积方向及无道间冷却时间的工艺组合所成形试样的搭接质量最佳,所沉积试样的表面不平度低于0.004mm²。结论 由间隙填充模型和传统搭接模型所成形试样的微观组织和力学性能并无明显差异,但基于间隙填充模型的沉积策略所成形的试样的成形质量更好。其顶部微观组织主要由柱状晶组成,底部微观组织以细小的等轴晶为主,中部的热影响区主要为粗大的柱状晶,且晶粒尺寸分布不均匀,而焊缝区主要由细小的等轴晶和柱状晶组成。     

304不锈钢管TIG焊接头凝固行为及热力耦合研究

目的 对2mm厚不锈钢管的焊接工艺参数进行优化,并基于模拟仿真软件对接头的热应力场进行模拟,以解决薄壁管件接头应力测试不方便的问题。方法 以TIG焊对2 mm不锈钢管进行焊接,通过对接头宏观形貌、微观组织、显微硬度等结果进行优化进而得到最佳焊接工艺参数,采用双椭球热源和温度-位移耦合方法结合最优工艺参数进行数值模拟。结果 当焊接电流为150 A、焊接速度为66 cm/min时,焊接接头全部熔透,且正面及背面焊道均匀致密,成形良好。焊缝中心上部区域和下部区域均呈现等轴晶形貌,下部区域尺寸较上部区域尺寸略大,熔合线附近为柱状晶组织。焊接接头显微硬度整体分布呈现U形,其中热影响区显微硬度（197HV）大于焊缝区域硬度（162HV）,熔合线附近显微硬度达到最低值（145HV）。模拟结果显示,在焊接过程中,当纵向残余应力从母材向焊缝中心过渡时,由压应力逐步转化为拉应力;焊缝中心横向应力呈现为压应力,向两侧母材过渡时应力值逐渐趋近于0,径向应力值变化幅度较小,模拟数据变化趋势与实测数据变化趋势接近。     

CMT成型TC4-DT合金的组织及其形成机理的CET模型预测

采用冷金属过渡模式(Cold Metal Transfer, CMT)的同轴送丝电弧熔丝增材制造技术制备了TC4-DT钛合金直壁墙试块,对其高低倍组织及其形成机理进行了研究,使用3D-Rosenthal模型对其凝固过程进行了模拟计算。低倍组织表明,弧形热影响区为细等轴晶,堆积区底层为细柱状晶区,中层和顶层为等轴晶与短柱状晶的混合。这种组织,与电子束熔丝和旁轴送丝电弧熔丝的粗大柱状晶组织有明显的不同;堆积区的高倍组织以编织状的α相板条为主,在部分原始β晶界可见连续的晶界α相和集束状α相板条,且有热影响层界线,与电子束熔丝和旁轴送丝电弧熔丝的高倍组织接近。模拟计算的结果表明,熔池边界的最大温度梯度约为12652.6 K/cm,最大凝固速度约为1.5 cm/s,该凝固条件处于柱状晶-等轴晶转变(Columnar-Equiaxed Transformation, CET)模型中的混合组织区;根据计算结果,提高输入功率(P)和焊枪移动速度(V)可促进等轴晶的生成,当P>153 W、V>3.2 mm/s时可得到柱状晶与等轴晶混合的低倍组织,且晶粒尺寸随着V的增大呈减小的趋势。     

7075高强铝合金激光填丝焊接组织与力学性能研究

采用光纤激光器对4mm厚的7075铝合金进行激光填丝焊接,对焊接接头的显微组织、相结构、断口形貌、力学性能进行观察和分析。结果表明:焊缝(FZ)边缘组织为柱状枝晶组织,焊缝中心为等轴晶组织;热影响区(HAZ)保留了母材(BM)的轧制长条状形态,但晶粒有所长大。母材的相组成主要为α-Al固溶体、S-Al_2CuMg强化相和η-MgZn_2强化相,焊缝无强化相析出。焊缝区硬度值为各区中最低,热影响区显微硬度呈阶梯式增长。焊接速度为2~4m/min的接头拉伸试样均在焊缝处断裂,抗拉强度最大为母材的67.5%。接头拉伸试样均出现了颈缩现象,断口由大量的等轴状韧窝构成,为韧性断裂。     

激光选区熔化成形18Ni300工艺参数优化及组织性能分析

目的 研究工艺参数对18Ni300马氏体时效钢激光选区熔化成形质量的影响。方法 采用正交试验方法研究激光功率和扫描速度对18Ni300相对致密度、硬度的影响,得到铺层层厚0.03 mm、扫描间距0.1 mm时为18Ni300最佳工艺参数,并对最佳工艺参数成形的试样进行组织及力学性能表征。结果 激光功率为230 W、扫描速度为1100 mm/s时,试样硬度为44.7HRC,相对致密度为99.98%,相对最优;材料鱼鳞状组织均匀致密,气孔较少,部分柱状晶沿熔池边界呈外延生长,熔池边界细小晶粒取向基本随机,熔池内部分粗大柱状晶有一定的择优性。结论 最优参数情况下SLM成形的18Ni300主要由体积分数为99.8%的马氏体和0.2%的残余奥氏体组成;试样的力学性能有明显的各向异性,拉伸断口有明显的颈缩,断裂形式为韧性断裂,纤维区可以看到明显的等轴大韧窝、孔洞,并伴有明显的撕裂特征。