FGH95合金激光成形定向凝固显微组织与性能

利用FGH95合金粉末在DD3单晶基材和定向凝固镍基高温合金的择优晶面(与择优晶向垂直的晶面)上进行激光多层涂覆实验，得到了从基材外延生长的单晶涂覆层。涂层由细小柱状枝晶组织组成，枝晶一次间距约为10μm，二次臂退化。由于局部凝固条件的不同，枝晶干区域的γ′相为球形、枝晶间区的γ′相为立方体形态，尺度均小于0．1μm。激光涂覆层中的主要元素Cr和Co的偏析比基材铸态组织中的偏析大大减轻。对标准热处理后的试样进行分析表明：试样中的γ′相主要为方圆形，且尺度均匀。涂层中各元素的显微偏析比热处理之前有明显减轻。沿片状力学性能试样柱状晶生长方向进行拉伸，强度指标达到同种材料粉末冶金试件的97．9％，塑性超过粉末冶金试件。断口分析表明，FGH95合金的断裂机制为塑性断裂。     

激光熔化沉积定向快速凝固高温合金组织及性能

采用激光熔化沉积定向快速凝固工艺,制备出了具有快速定向生长微细柱晶组织的Rene95高温合金板状试样,其一次枝晶间距约为7 μm、枝晶间完全无γ/γ'共晶组织析出.结果表明,激光熔化沉积定向快速凝固微细柱晶Rene95高温合金具有优异的力学性能.     

液态金属喷淋冷却定向凝固设备的研制

高温度梯度是控制高温合金定向凝固组织的重要参数。为了获得高的温度梯度,基于液态金属喷淋冷却定向凝固技术,设计并建造了一套通过喷淋液态锡使高温合金定向凝固的设备。热流分析发现,液态金属喷淋冷却定向凝固技术的热流密度比传统的高速凝固技术提高了47%。采用DZ22高温合金进行了喷淋液态锡使之定向凝固的试验。结果表明：在液态锡喷淋冷却条件下定向凝固的?15 mm DZ22高温合金试样枝晶组织细小,三次枝晶发达,这是液态锡喷淋冷却提高了温度梯度所致。     

CMSX-2单晶高温合金高梯度定向凝固下过渡区的组织演化特征

用高温度梯度定向凝固装置研究了CMSX－2单晶高温合金初始过渡区的组织演化特征，获得了不同条件下过渡区单晶高温合金的平－胞－枝组织结构，以及相应的一次胞枝晶间距大小，发现初始过渡区的凝固过程影响到最终获得的凝固组织。采用的匀加速抽拉方式有利于提高单晶的引晶率和单晶凝固组织的完整性。     

纵向静磁场对单晶高温合金DD483组织及蠕变性能的影响

在静磁场下进行高温合金DD483的定向凝固实验,研究了不同磁场强度对单晶镍基高温合金DD483凝固组织枝晶形貌、合金元素偏析系数、析出相和蠕变性能的影响.结果表明:纵向静磁场的施加使高温合金DD483单晶生长性受到破坏,强的磁场使得枝晶定向生长形态受到破坏,形成“雀斑组织”,对一次枝晶间距影响不大.施加磁场使得该单晶合金中合金元素的偏析降低;也使单晶高温合金DD483凝固态组织中γ’析出尺寸降低、碳化物和共晶组织尺寸和含量显著减小.同时磁场对该合金的单晶性和枝晶的定向生长行为的破坏使得合金的蠕变性能降低.     

定向凝固DZ4125柱晶高温合金晶粒生长过程组织演化及其竞争生长行为

采用Bridgman定向凝固法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为.结果 表明,随着定向凝固柱晶高温合金生长高度的增加,一次枝晶间距增加,γ'相尺寸减小,且γ'相形貌由蝴蝶状向立方体状、近球状转变,枝晶间处γ'相尺寸和数量均高于枝晶干处.碳化物和γ+...     

晶体取向对单晶高温合金一次枝晶间距的影响

在固液界面微单元热量平衡分析的基础上，建立了晶体取向对一次枝晶间距影响的理论模型。该模型表明，一维择优晶体取向与宏观定向凝固方向偏离越远，一次枝晶间距越小，对ＤＤ８单晶高温合金凝固组织尺度的实验研究结果表明，晶体取向对一次枝晶间距的影响趋势和理论模型相吻合，其影响程度和固液界面温度梯度及定向凝固速率有关。模型及实验都表明，提高固液界面温度梯度和定向凝固速率，晶体取向对一次枝晶间距的影响程度减弱。     

中速生长条件下单晶高温合金组织及偏析研究

本文利用高梯度定向凝固设备研究了镍基高温合金在中等凝固速率条件下枝晶组织和偏析变化的基本规律,实验发现采用高梯度定向凝固技术可以得到具有超细枝晶组织的单晶高温合金材料,枝晶偏析在低速生长时随冷却速率的增加而增加,而在高速生长时形成的超细枝晶组织中,枝晶偏析随冷却速率的增加而减小。     

熔体过热处理对Al-4.7%Cu合金定向凝固组织的影响

分别在750、850、950和1050℃下，研究熔体过热处理对Al-4．7％Cu（质量分数）合金定向凝固组织的影响，利用综合热分析仪测定Al-4．7％Cu合金熔体结构特征及变化过程。结果表明：经过950℃和1050℃过热处理的一次枝晶间距比在750℃常规过热直接定向凝固的分别减小了31．2％和36．2％；随着熔体过热时间的延长，一次枝晶间距减小，组织越来越细密；但随着低温保持时间的延长，一次枝晶间距增大，组织越来越粗大，表明熔体高温处理对定向凝固组织形态的影响逐渐衰退；熔体过热处理对Al-4．7％Cu合金定向凝固组织有显著影响的原因在于熔体过热处理改变了熔体结构状态。     

定向凝固法制备单晶高温合金一次枝晶间距研究

利用定向凝固技术和籽晶法相结合的方式制备了DD5单晶高温合金。通过正方形估算法和直接测量法研究了DD5单晶高温合金的不同凝固距离(50、150和250 mm)横截面样品的一次枝晶间距。结果表明,随着凝固距离的增大,DD5单晶高温合金的一次枝晶间距逐渐增大;正方形估算法和直接测量法统计的DD5单晶高温合金的平均一次枝晶间距差距不明显,说明正方形估算法的精确度较高,为了提高效率可以采用正方形估算法统计单晶高温合金的一次枝晶间距;不同凝固距离横截面的一次枝晶间距上限约为下限的6倍。     

Cr12MoV钢表面激光熔覆多层Ni基合金涂层的组织及性能

使用脉冲Nd:YAG激光器在Cr12MoV模具钢表面熔覆了Ni20Cr和Ni60A多层Ni基合金耐磨涂层,并使用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪分析了涂层的物相和显微组织。同时运用显微维氏硬度计以及高速往复摩擦磨损试验机对比分析了涂层与基体的硬度及耐磨性。结果表明,采用Ni20Cr作为打底层的多层Ni基合金涂层,能有效改善涂层与基体的冶金结合,大大减少涂层中的裂纹、气孔等缺陷。涂层表面物相主要为g-(Fe, Ni)、FeNi₃、BNi₃、Cr₃C₂以及Ni-Cr-Fe;涂层底部至表面的组织为胞状树枝晶、柱状树枝晶、择优生长树枝晶以及等轴树枝晶。Ni60A涂层大大提高了Cr12MoV模具钢的表面硬度,涂层表面显微硬度最高可达到1000 HV0.2,是基体的1.6倍。Ni60A涂层耐磨损性能明显优于基体,较基体提高了2.0~3.3倍。在Cr12MoV模具钢表面激光熔覆多层Ni基合金涂层后,形成了Cr₃C₂、Ni-Cr-Fe等硬质相,可有效提高其表面的硬度和耐磨性,起到降低模具在使用过程中因摩擦磨损而报废的概率,从而进一步延长模具的使用寿命。     

27SiMn钢表面激光熔覆304不锈钢的组织和性能

利用激光熔覆技术在液压支架立柱母材27SiMn钢表面进行了不同激光功率的单道激光熔覆304不锈钢试验,选择出熔覆层质量最佳时的激光功率,并在该功率下进行多层累加激光熔覆304不锈钢试验。分析了熔覆层材料的显微组织,对比分析了27SiMn钢基体和304不锈钢熔覆层的拉伸性能和断口形貌。结果表明,熔覆层和基体之间实现了良好的冶金结合,熔覆层材料中呈现出了具有典型定向凝固特征的柱状晶;熔覆层材料的抗拉强度与基体相当,伸长率明显高于基体;熔覆层和基体材料的拉伸断口处均出现了具有典型塑性断裂特征的韧窝,且熔覆层材料的韧窝尺寸及深度明显大于基体材料。     

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).     

曲面塑料模具激光熔覆再制造快速加工路径生成方法

对于曲面塑料模具,在其表面快速生成激光熔覆加工路径非常困难。针对这种情况,直接以零件的逆向点云模型为研究对象,通过平面与点云求交得到以密集离散点表示的近似激光扫描路径,避免了反求建模的过程。以离焦量变化极限为约束条件,在路径上搜索插补点。提出利用插补点的最近点来计算插补点曲面法向矢量作为激光束姿态的近似快速算法。应用镍基自熔性合金粉对P20材质的模具零件曲面表面进行了试验。金相分析表明所形成熔覆层组织均匀、致密,缺陷稀少;熔覆层与基体之间形成冶金结合。熔覆层中部组织出现了垂直于界面生长的柱状树枝晶,而在顶部许多的柱状树枝晶发育成等轴树枝晶。熔覆层的平均显微硬度达到330~350 HV0.2。路径中段的熔覆层厚度比起始点增加了10%。     

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.     

Stellite 6+WC激光熔覆层微观组织的演变

采用双简双路送粉法研究了WC含量（体积分数）分别为0％，9％，18％，27％，30％，45％，54％，72和100％时Stellite6 WC的激光熔覆。在E24低碳钢上熔覆的Stellite6 WC涂层微观组织演变中发现了两种明显不同的凝固特征。第一种凝固特征以先共晶枝晶和枝晶间共晶为主导。WC含量从0－36％，加入的WSC完全溶解，凝固组织包含α-Co,σ-CoCr和M7C3类碳化物。第二种凝固特征以各种块状。花状、蝴蝶状及星状析出物和基体为主导，WC含量从45％－100％，大部分WC溶解。基体中最高W含量（质量分数）为26％左右。析出物中的最高W含量达64．6％，微观组织包含WC，Co和各种Co-W-C/Fe-W－C复杂碳化物。激光熔覆纯WC时出现了许多内部含W约91％，外围含W约68％的特殊块状组织，可能是包晶反应冻结的产物。     

Ni基合金激光熔覆层组织特征及凝固过程的研究

采用自动送粉方法,在４５钢表面激光熔覆Ｎｉ基合金粉末,较为系统地研究了扫描速度对激光熔覆层显微组织特征的影响。实验结果表明：Ｎｉ基合金粉末激光熔覆层显微组织由枝晶及块状（或针状）共晶组织构成,共晶碳化物的形态由化学成分确定;结合界面不存在白亮带,为细小亚共晶组织;离结合界面距离的增加,熔覆层组织逐渐变细,显微组织表现出明显不均匀性,提高激光扫描速度,明显细化了组织邮组织显微硬度。改善了熔覆层局部组     

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。     

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。     

激光快速成形过程中316L不锈钢显微组织的演变

对316L不锈钢在激光快速成形过程中的凝固行为和组织形成进行了考察．结果表明,成形件呈现全γ奥氏体结构,γ奥氏体从基体外延生长成柱状枝晶,并显示较强的晶体取向性,其（100）晶向基本平行沉积方向,仅在顶部出现一薄层转向枝晶层,而在成形件中出现的层带结构并未影响不同熔覆沉积层之间组织生长和取向的连续性．采用最高界面生长温度判据对激光快速成形中的相形成规律进行了分析,并结合平界面稳定性分析、枝晶生长理论和柱状晶／等轴晶转变模型讨论了成形件中的层带形成及外延柱状晶生长特性．