动车组车轴激光增材再制造工艺评定及分析

为了研究动车组车轴增材再制造技术的可靠性和合理性,以CRH380A/AL动车组车轴EA4T钢为基体、NiCrMo合金为增材材料,采用激光熔覆工艺方法进行工艺评定。通过对激光熔覆接头的微观组织、抗拉强度、侧弯试验、冲击韧性试验以及冲击断口形貌SEM分析,虽然熔敷金属与基体材料化学成分差异较大,但接头的抗拉强度大于EA4T钢的最小抗拉强度(650 MPa),且延性断裂于母材;侧弯试验三区无开裂,塑性良好;熔敷金属为非稳态组织,热影响区为马氏体、回火索氏体和回火托氏体混合组织;熔敷金属和HAZ区夏比KU5冲击吸收均大于40 J,两者的冲击试样断口形貌均为韧性断裂。为进一步探索和研究车轴增材再制造工艺技术奠定了基础。     

高速动车组车轴的再制造可行性分析

通过对比分析电刷镀、热喷涂、堆焊以及激光熔覆四种再制造技术的特点和用于车轴再制造修复的现状,阐述了激光再制造技术作为新型制造技术的优势。从激光熔覆技术的设备和关键工艺、熔覆层的微观组织的特性、粉末材料的可开发性以及采用超声波消除残余应力手段等方面进行讨论和分析,说明激光熔覆技术用于高速动车组车轴的再制造是可行的。     

高速动车组EA4T车轴激光增材修复研究

为验证激光增材修复技术在高速动车组车轴损伤修复应用中的可行性,在车轴基材上开展了激光修复工艺试验,重点研究激光功率和扫描速度对熔覆质量的影响,通过分析研究不同激光功率、扫描速度下所得试样的宏观熔覆形貌、宏观金相分析、显微硬度、金相组织等,筛选出较优的工艺参数,并进一步对熔覆试样的拉伸性能、冲击性能、应力腐蚀及疲劳试验等多项力学性能检测。结果表明,采用优化后的工艺参数在EA4T上激光熔覆IN625镍基粉末,其熔覆试样拉伸性能优于母材标准要求,冲击性能优于基材的冲击性能,疲劳寿命与基材相当,达到了车轴服役性能的要求,可用于后续高速动车组EA4T车轴上的修复。     

面向盾构机密封跑道修复的激光熔覆Fe基涂层制备工艺

为探究激光熔覆再制造修复工艺对盾构机密封跑道磨痕的修复效果,采用送粉式激光熔覆工艺在42CrMo钢基体表面制备了Fe55铁基自熔合金涂层。基于L₁₆(4³)正交试验探究了激光功率、熔覆速率和搭接率对涂层表面形貌、横截面特征参数、稀释率、显微组织、硬度的影响规律和作用机理。极差分析表明,稀释率随激光功率和熔覆速率的增加均呈上升趋势,其中激光功率对涂层硬度影响最大,最大涂层硬度约为基体硬度的2.15倍。Fe55涂层的摩擦因数较基体明显降低,涂层耐磨性优良,其磨损体积较基体降低1.09×10^-2 mm³,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

超高强度钢表面激光熔覆层的组织及力学性能

采用激光熔覆技术在30Cr Mn Si Ni2A钢表面制备了熔覆层,借助金相显微镜、显微硬度计、纳米压痕仪和拉伸试验机等对熔覆层的微观组织与力学性能进行了分析。结果表明:熔覆层与基体结合较好,主要由熔覆区、界面结合区、热影响区和基体4个区域构成。熔覆层的显微硬度、纳米硬度及弹性模量分别较基体提高约9.2%、4.0%和6.5%,熔覆层与基体具有相近的耐磨性。熔覆层的抗拉强度、屈服强度及断后伸长率分别为基体的91.3%、92%和89%,能够满足30Cr Mn Si Ni2A钢构件的损伤修复与再制造。     

铁路货车轮辐板孔裂纹激光再制造

铁路货车轮在辐板孔处产生疲劳裂纹,影响安全运行。文中利用激光熔覆技术,采用镍基合金在车轮辐板辗钢CL60试样表面进行激光再制造试验研究,评价激光再制造试件的组织和性能。结果表明,熔覆层无裂纹、夹杂和气孔等缺陷,与基体形成了良好冶金结合,熔覆层组织是铸态的奥氏体组织,主要由弥散的共晶和亚共晶组成。激光再制造试件力学性能优于车轮基体材料,延伸率提高90%,冲击韧性提高2～3倍,熔覆层的显微硬度提高近50%,疲劳强度提高2.2倍。该工艺用于生产实践,经十万公里试运行考核验证,激光再制造后的车轮满足铁路货运的要求。     

EA4T钢表面激光熔覆Fe314合金熔覆层的微观组织及性能

在EA4T钢表面激光熔覆Fe314合金熔覆层,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)及显微硬度仪研究熔覆层微观组织及物相结构,并分析熔覆试样的力学性能。结果表明,Fe314合金熔覆层成型良好,无缺陷。熔覆层底部组织由平面晶与平面晶上方垂直于界面生长的粗大树枝晶组成,中部与上部组织以交叉树枝晶为主。熔覆层主要由奥氏体枝晶与枝晶间的(Cr、Fe)7C3相组成。熔覆层的显微硬度值高于基体,熔覆试样抗拉强度升高,但塑性韧性降低。冲击试样断口熔覆层为宏观上解理断裂,微观上局部准解理断裂的混合断裂机制,基体为宏观上小孔聚集型断裂,微观上准解理断裂的韧性断裂机制。     

矿用链轮激光增材再制造修复

目的 借助激光增材再制造技术,对矿用链轮磨损域修复工艺进行研究,以提升磨损链轮的力学性能,降低维修成本.方法 分别使用扫描仪及Imageware软件对链轮毛坯点云数据进行获取和处理,通过磨损域反求重构方法对磨损链窝进行几何建模,对得到的模型进行分层、路径规划及轨迹代码处理.通过工艺性试验对熔覆试件进行组织形貌、硬度与抗拉强度分析,在优选的激光加工工艺参数下,开展链轮的激光增材再制造修复.结果 在经重构的磨损链窝几何模型中,选取14个坐标数据与初始点云数据作定位比较,最大与最小偏差分别为0.26 mm和–0.05 mm,匹配性较好.在工艺性试验中,熔覆试件的性能分析结果表明,试件的整体表面形貌良好,熔覆区域组织均匀致密,熔合区与基体冶金结合性良好,熔覆层硬度明显高于基材硬度,熔覆高度和宽度分别在8000、23000μm左右,与预计结构尺寸保持一致.再制造链轮修复域硬度值达到50～56HRC,修复域无裂纹、气孔缺陷,熔覆层与基体呈现出良好的冶金结合性能.结论 重构的链窝磨损区域几何模型满足再制造加工精度要求,利用激光增材再制造修复技术能够实现再制造熔覆层与基体形成良好的冶金结合,并对表面起到强化改性的作用.经再制造修复的磨损链轮满足井下工况性能要求,具有较强的工程应用价值.     

高速激光熔覆铁基TY-2合金组织及力学性能分析

目的 通过与激光熔覆进行对比,探究高速激光熔覆铁基TY-2合金的显微组织及力学性能.方法 采用高速激光熔覆技术在27SiMn不锈钢基体上制备铁基TY-2合金熔覆层.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计,对熔覆层的显微组织、物相结构及力学性能进行分析测试,对比研究高速激光熔覆与激光熔覆铁基TY-2合金熔覆层的显微组织和力学性能.结果 与激光熔覆层相比,获得的高速激光熔覆层均匀致密,无裂纹,孔隙与夹杂较少,与基体形成良好的冶金结合.激光熔覆层的组织以粗大的柱状晶为主,高速激光熔覆层的组织以尺寸为5～10μm的细小晶粒为主.高速激光熔覆层与原始粉末的物相一致,包含(Fe,Ni)、Cr0.19Fe0.7Ni0.11和Fe-Cr等相.激光熔覆层与原始粉末的物相有所差别,高能量密度导致CaNi3C0.5金属间化合物的生成.高速激光熔覆层的平均硬度为604HV0.3,相比激光熔覆层(543HV0.3)提高了9.4％.结论 高速激光熔覆的总能量较低,为激光熔覆总能量的77.9％,其中高速粒子携带的动能占高速激光熔覆总能量的17.7％.高速激光熔覆可实现低能量下的高效熔覆,熔覆层的组织更加细小,成分更加均匀,硬度更高.     

激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层的微观组织

采用5 kW CO2激光器在45钢表面激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层,对涂层的微观组织、成分分布和显微硬度进行研究。结果表明,MoB/CoCr金属陶瓷涂层组织致密,与基体呈冶金结合。激光熔覆的熔覆区中的主要元素是Mo、Cr和Co,合金化区由于元素互扩散,Fe元素含量明显增加。激光熔覆后MoB/CoCr金属陶瓷涂层的硬度远远大于基体的硬度,起到了表面强化的作用。     

激光熔覆Ni-Cr-B-Si耐热疲劳合金的组织与性能

在H13压铸模具钢表面进行了激光熔覆Ni-Cr-B-Si耐热疲劳合金的试验研究,利用金相显微镜、扫描电镜、显微维氏硬度计等仪器检测了熔覆层的组织和性能。结果表明,激光熔覆可以得到晶粒超细化、硬度高,与基体结合牢固的表面熔覆层。熔覆层组织为Ni基多元固溶体+碳化物(碳化铬、碳化钨、渗碳体),熔覆层平均硬度约732 HV0.2,平均厚度1.5 mm,与基体相比,其耐热疲劳性能提高112%,可显著提高合金压铸模的使用寿命。     

Characteristics of Tribaloy T-800 and T-900 coatings on steel substrates by laser cladding

CoMoCrSi alloys, mostly known as Tribaloy® family, combine well-known outstanding properties in terms of wear and corrosion resistance as well as in terms of mechanical strength. Compared to other wear resistant alloys, their performance is due to the presence of hard Laves phases rather than intermetallic carbides. Among the Tribaloy family, the T-800 alloy offers the best performance as a result of a higher amount of primary Laves phases. However, as a consequence of the brittle nature of these hard phases, the deposited alloy may present a relatively low resistance to crack initiation and propagation, particularly in laser cladding processing where thermal stresses are significant. A reduction in the volume fraction of these hard phase may be achieved by replacing some of the Laves phase components in the alloy (Co, Mo, Si) by Ni (T-900 alloy). Alternatively, it has been suggested that the addition of Fe could also lead to a significant reduction. The Fe addition can easily be accomplished in laser cladding process by dilution of the T-800 coating with the steel substrate. In this work a comparative study of microstructure, hardness and cracking susceptibility of low and high diluted T-800 and T900 coatings deposited by laser cladding is presented. A lower cracking ratio is obtained for the T-900 coatings at the cost of a lower hardness and wear resistance. No noticeable effect on the cracking susceptibility of the T-800 is found due to dilution with the substrate. However a change in its microstructure is observed giving superior hardness and wear resistance.     

车轮材料表面h-BN/CaF_2/Fe基激光熔覆涂层组织与磨损性能

激光熔覆铁基合金涂层的摩擦因数及磨损率均较高,h-BN和CaF_2作为固体添加剂已应用于激光熔覆处理,然而含h-BN和CaF_2的铁基熔覆涂层在列车车轮材料表面的磨损性能及最佳含量尚不清楚。因此,以不同比例的h-BN(0～2%)、CaF_2(2%～0)和Fe基合金(98%)粉末为熔覆材料,在列车车轮材料表面制备合金涂层,对激光熔覆车轮试样进行滚动摩擦磨损试验。结果表明:涂层微观组织主要由枝晶组织和共晶组织构成,硬度约800 HV_(0.3),表面存在残余压应力,其值为800～1 300MPa。加入h-BN粉末可将黏着系数降低至0.35～0.39,激光熔覆车轮试样表面以滚动接触疲劳损伤为主,裂纹在表面产生并在塑性变形层内扩展。随h-BN含量增加和CaF_2含量减小,微观组织尺寸、黏着系数、磨损率、滚动接触疲劳裂纹长度和深度均呈先减小后增加趋势。h-BN、CaF_2和Fe基合金质量比为1%:1%:98%时,涂层微观组织最致密、残余压应力最大、耐磨与抗疲劳性能最优。研究结果可为激光熔覆技术在列车车轮上的应用与优化提供理论与技术指导。     

镍基合金激光熔覆-离子渗硫复合改性层组织性能

利用激光熔覆和离子渗硫技术在45钢表面制备复合改性层,采用SEM,EPMA,XRD等手段对比研究激光熔覆层和渗硫层的组织形貌、成分分布及相组成;并测试渗硫前后涂层的耐磨性和耐蚀性.结果表明,镍基合金涂层主要由γ-（Fe,Ni）,Fe_0.64Ni_0.36,M₂₃C₆,WC,M₇C₃和Fe₂B等物相组成,显微硬度达到740 HV0.2.渗硫后在激光熔覆层表面形成了以FeS为主的渗硫层,表面疏松多孔,由微纳米级的尖岛状颗粒堆砌而成.与熔覆层相比,复合改性层的摩擦系数和磨损量都显著降低,减摩和耐磨效果明显.渗硫后镍基合金激光熔覆层自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增大,耐蚀性略微降低.     

多元硬质合金覆层材料力学性能的研究

为提高钢材表面的耐磨损和耐腐蚀能力,以Mo粉、Fe-B合金粉和Fe粉为基本原料,加入WC、Cr3C2、TiC等碳化物硬质相和C、Ni、Cr等合金元素,采用真空液相烧结工艺,在Q235钢基体上制备多元硬质合金覆层材料.对覆层材料进行了洛氏硬度测试及弯曲强度测试,结果表明:CW系覆层材料的硬度达到HRA84.8,是Q235钢基体硬度的2.3倍;CW系覆层材料的弯曲强度值达到1175.52MPa,是Q235钢基体弯曲强度的1.4倍;掺加碳化物硬质相显著提高了Mo2FeB2硬质合金覆层材料的硬度和弯曲强度.利用扫描电镜观察了硬质合金覆层以及覆层-钢基体界面的微观组织结构,发现硬质合金覆层内部组织结构致密,覆层与钢基体之间形成了具有一定厚度的过渡层.     

灰铸铁激光熔覆铁基和镍基粉末的比较*

采用高功率横流CO2激光器,以铁基和镍基合金粉末为熔覆材料,用同步送粉法在灰铸铁基体材料上进行激光熔覆试验,并对熔覆层组织和性能进行比较分析。结果表明,激光熔覆镍基时覆层内的组织较铁基合金熔覆层组织均匀细致;熔覆镍基和铁基粉末合金层与基体结合紧密成冶金结合;结合区的组织晶粒细小,合金碳化物含量高,其硬度也最高。用正交试验法分析激光功率、扫描速度、熔覆层数对熔覆效果、表面硬度的影响规律,获得激光熔覆层表面硬度显著提高;对表面硬度影响最大的因素是扫描速度,其次是激光功率,熔覆层数则影响不大。熔覆Fe35合金粉末综合优化参数为扫描速度300mm/min、激光功率4.0kW、熔覆二层。熔覆Ni20A合金粉末优化参数为扫描速度400mm/min、激光功率4.0kW。     

Microstructures and properties of Co-based alloy coatings prepared on surface of H13 steel

The Co-based alloy coatings had been prepared by laser cladding and vacuum fusion sintering. Microstructures of the coatings were investigated and the performance of thermal cycling was also tested using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The results show that the coatings and substrates combine well. The main phase compositions of laser cladding coating are γ-Co, Cr23C6 and Ni2.9Cr0.7Fe0.36, while vacuum fusion sintering coating consists of Co, Cr7C3 , and Ni2.9Cr0.7Fe0.36. After thermal cycling, the minimum hot cracking width of laser cladding coating is 14 μm; moreover, laser cladding coating maintains high hardness and hot-cracking susceptibility. Those are beneficial to high temperature wear resistance of hot work dies.     

Cr12模具钢合金激光熔覆层的组织和性能研究

在Cr12模具钢材料表面上,分别进行了PHNi-60A、PHNi25WC-60A和Stellite6三种合金粉末的激光熔覆实验,并对实验结果进行分析。结果表明:Cr12模具钢表面上可实现镍基合金和钴基合金的激光熔覆,可获得较好的冶金界面结合;激光熔覆后表面的耐磨损性能比熔覆前的基体耐磨损性能有较大的提高;表面硬度在不同程度上都得到提高,硬度峰值出现在次表层,其最大值为1049HV0.2;微观结构是由平面晶和枝晶构成的共晶组织,并有多种合金相分布在枝晶间。     

T10钢表面激光熔覆Ni/WC合金工艺研究

研究了T10钢表面激光熔覆Ni/WC合金时激光功率、扫描速度和离焦量对熔覆层性能的影响,并通过选择合适的水平进行正交试验,得到熔覆层硬度和耐磨性能优良的较优工艺参数.