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。     

一种高速列车制动盘高熵合金耐磨层组织和性能的研究

目的对磨损后的高速列车制动盘进行修复,以降低列车运营成本。方法采用机械自混粉末,利用激光熔覆工艺制备CrMnFeCoNi高熵合金熔覆层对制动盘进行修复,对熔覆层组织、组成相、耐磨性和耐腐蚀性进行研究。结果最佳实验工艺为:激光功率1000 W,扫描速度5 mm/s,送粉电压7.5 V,对应单道宽度2.42 mm,高度0.44 mm,搭接率50%。激光熔覆过程中存在烧损,造成粉末成分不是等摩尔原子比,最终熔覆层组成相为BCC和FCC两相。熔覆层铸造组织较均匀,生长方向趋于一致,存在一定数量的非晶和纳米级组织。CrMnFeCoNi高熵合金熔覆层可降低材料磨损量,摩擦系数为0.3655,更耐磨;腐蚀电流密度为1.24×10~(-5) A/cm~2,腐蚀速率为0.146 475 mm/a。结论通过激光熔覆工艺制备的高速列车制动盘高熵合金修复层,其耐磨性、耐腐蚀性均优于基体,延长了磨损后制动盘的使用寿命,满足制动盘使用要求。     

激光熔覆层宽度对汽轮机转子表面综合跳动特性的影响（英文）

为解决大型汽轮机转子轴轴颈磨损的修复问题,基于同轴送粉半导体激光熔覆再制造系统,采用激光熔覆再制造方法,以汽轮机转子轴材料为基体,利用激光熔覆再制造专用粉末作为实验材料,针对不同激光熔覆层宽度对汽轮机转子综合跳动的影响进行实验研究与机理模拟验证。结果表明,综合跳动特性与探头直径和激光熔覆层宽度相关,激光熔覆层宽度决定了汽轮机转子表面磁力线、电涡流密度与磁通量密度分布。当激光再制造层宽度小于8 mm时,由于磁力线与表面电涡流密度受基体的干扰,磁通量密度在激光熔覆层的边缘出现突变,实际综合跳动的测量值为基体与激光熔覆层综合作用的结果,造成测量结果偏大。根据数值模拟计算被测金属体表面磁通量密度分布结果,激光熔覆层宽度的临界值为9.82 mm。     

激光熔覆层宽度对汽轮机转子表面综合跳动特性的影响

为解决大型汽轮机转子轴轴颈磨损的修复问题,基于同轴送粉半导体激光熔覆再制造系统,采用激光熔覆再制造方法,以汽轮机转子轴材料为基体,利用激光熔覆再制造专用粉末作为实验材料,针对不同激光熔覆层宽度对汽轮机转子综合跳动的影响进行实验研究与机理模拟验证。结果表明,综合跳动特性与探头直径和激光熔覆层宽度相关,激光熔覆层宽度决定了汽轮机转子表面磁力线、电涡流密度与磁通量密度分布。当激光再制造层宽度小于8mm时,由于磁力线与表面电涡流密度受基体的干扰,磁通量密度在激光熔覆层的边缘出现突变,实际综合跳动的测量值为基体与激光熔覆层综合作用的结果,造成测量结果偏大。根据数值模拟计算被测金属体表面磁通量密度分布结果,激光熔覆层宽度的临界值为9.82mm。     

离焦量对 45# 钢表面激光熔覆镍基碳化钨粉的影响

目的研究激光熔覆过程中离焦量对熔覆层成形质量的影响。方法在扫描速度(2 mm/s)和送粉电压(8 V)不变的情况下,通过改变熔覆头与基体间的距离和激光功率,对比分析不同离焦量对熔覆层尺寸、洛氏硬度、界面显微硬度和金相组织的影响,并确定最佳离焦量。结果当离焦量D_L=3,4 mm时,熔覆层表面硬度先逐渐增大后趋于稳定,洛氏硬度高达55~56HRC;当离焦量D_L=5,6 mm时,由于离焦量过大,导致基体与熔覆层冶金结合不牢固,部分粉末颗粒没有充分熔化附着在熔覆层表面,熔覆层质量较差。同一功率下,随着离焦量的增大相对熔覆层宽度会减小;当离焦量D_L=3 mm时,冷却速度最大、熔覆层底部由柱状晶沿着熔体最易散热方向生长明显,在熔覆层上部形成了等轴晶组织。结论激光熔覆时离焦量是不可忽视的工艺参数之一,最终优化工艺参数为:扫描速度2 mm/s,送粉电压8 V,激光功率1200 W,最佳离焦量3 mm。     

钢基表面单道激光熔覆Fe3Al金属间化合物的研究

以纯Fe3Al粉末为原料,采用同步送粉式激光熔覆工艺在低碳钢基体表面合成Fe3Al金属间化合物.利用金相显微镜、扫描电镜与X衍射实验方法对熔覆合金层、合金层与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析.结果表明,激光熔覆功率对合金层品质有较大影响,本实验在2 kW激光熔覆功率条件下获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂、裂纹等缺陷的熔覆层,熔覆表面有一定起伏的合金层,合金层与基体间完全冶金结合;熔覆合金层主要由单相Fe3Al构成,熔覆层组织为细小等轴状晶粒,等轴晶内部由大量更为细小的条状Fe3Al晶粒构成.     

工艺参数对激光熔覆NiWC25合金粉末的影响

在激光熔覆NiWC25合金粉末修模过程中,激光功率、送粉电压、扫描速度等工艺参数对激光熔覆层的显微硬度和熔覆层增加高度具有重要影响.通过试验探究了5组不同激光功率(300、500、700、900和1100W)对熔覆层最大显微硬度和增加高度的影响规律,同时,分别采用5组不同的送粉电压和5组不同的扫描速度得出了单一工艺参数...     

激光-感应复合熔覆WC-Ni涂层极限条件研究

为解决熔覆层易开裂、熔覆效率低的问题以及合理地选择工艺参数.进行了激光-感应复合熔覆Ni基WC涂层的实验,定义了激光高速扫描下的极限熔覆状态,研究了激光比能与粉末面密度对熔覆层宏观形貌的影响规律.结果表明,最小激光比能、最大熔覆层厚度、接触角均与最大粉末面密度呈线性关系;激光-感应复合熔覆速度达3000 mm/min,送粉率达82.7 g/min,相对单纯激光熔覆技术的效率提高了近5倍,而且获得的Ni60A+20%WC涂层经检测无裂纹.     

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.     

ER8车轮材料激光熔覆镍基合金层的数值仿真研究

以ER8车轮材料为基体材料,Ni60合金粉末为熔覆层材料,建立数值仿真模型,研究Ni60合金粉末激光熔覆温度场变化规律以及工艺参数对熔覆层微观组织的影响。结果表明,影响激光熔覆温度场的主要工艺参数是激光功率,其次是扫描速率。激光功率和扫描速率的最优工艺参数值分别为1.9 kW、4 mm/s。试验验证结果与数值仿真研究得到的温度场变化规律一致,证明了数值仿真研究的可行性。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

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CoCrFeNiTi高熵合金工艺优化及预测模型研究

目的 探究激光熔覆工艺参数对CoCrFeNiTi高熵合金涂层质量及形貌的影响,实现激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金涂层形貌的精确控制。方法 基于田口正交法,设计不同激光工艺参数下30CrMnSiA表面激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金实验,以激光功率、扫描速度、送粉速率为影响因素,以涂层稀释率、高度、宽度、裂纹密度、宽高比为响应目标,通过方差和信噪比分析影响因素与响应目标的关系,并确定最优工艺参数,建立工艺参数与CoCrFeNiTi高熵合金涂层性能和形貌的支持向量回归预测模型。结果 激光功率对熔覆层稀释率、宽度和裂纹密度的影响较大,且与熔覆层稀释率、高度、宽度、裂纹密度、宽高比呈正相关。扫描速度对涂层高度、裂纹密度和宽高比的影响较大,与涂层高度呈负相关,与涂层裂纹密度和宽高比呈正相关。送粉速率对熔覆层稀释率、高度和宽高比的影响较大,与熔覆层稀释率和高度呈负相关,与熔覆层宽高比呈正相关。得到了最优工艺参数,激光功率为600 W,扫描速度为18 mm/s,送粉速率为1.6 r/min。通过预测模型测试可知,熔覆层稀释率、高度、宽度、裂纹密度和宽高比预测模型的决定系数均大于0.93。结论 基于支持向量回归的CoCrFeNiTi高熵合金涂层形貌预测模型的精度较高,能够实现CoCrFeNiTi高熵合金熔覆层形貌的精确预测,为熔覆层形貌的控制提供了新的思路。     

表面熔覆工艺的成形特征及粉末有效利用率研究

目的针对激光熔覆层的表面形貌难以达到加工工艺要求和粉末利用率较低的问题,对激光熔覆铁基合金粉末中的工艺参数与成形特征的关系以及粉末的有效利用率进行研究。方法设计了激光表面熔覆试验方案,分别采用不同的工艺参数在45号钢基板上进行铁基合金粉末单道激光熔覆试验。采用正交试验法对每道激光熔覆试验的工艺参数与成形特性之间的关系进行研究。结果随着激光功率的增加,熔宽、熔深、稀释率均呈上升趋势,浸润角和熔覆层的高宽比呈下降趋势,粉末的有效利用率由12.9%上升到42.6%;随着送粉速度的增加,熔高呈现上升趋势,熔深呈现下降趋势,粉末的有效利用率由27.9%下降到14.7%;随着激光扫描速度的增加,熔宽和熔高均呈下降趋势,粉末的有效利用率先增加后下降。结论送粉速度的增加造成粉末有效利用率的降低,增加了激光熔覆的作业成本。适当增加激光功率不仅可获得更加良好的激光熔覆层形貌,也使得粉末有效利用率增加。在激光功率为450 W,送粉速度为9.6 g/min和激光扫描速度为390 mm/min的条件下,不仅可以使粉末有效利用率处于较高的状态,也可以获得良好的熔覆层形貌。以上研究结果对激光熔覆的应用具有指导性作用。     

镁表面铝熔覆层微观组织的观察

为改善镁合金表面的耐腐蚀性能,以铝粉作为激光熔覆材料,在镁表面进行激光熔覆,得到了无气孔、无裂纹且与基体能够良好结合的熔覆层结构.研究了激光工艺参数对该熔覆层的微观组织的影响.     

U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25％WC涂层工艺参数优化的研究

目的研究U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层的最佳工艺参数。方法首先通过单道单因素试验初步选取激光功率、送粉量、扫描速度和光斑直径4个工艺参数,然后进行4因素3水平的单道正交试验,以熔覆层的宽度、高度和稀释率作为判断熔覆层质量的指标,做极差分析,最后得到最优工艺参数并分析了熔覆层的显微硬度及显微组织。结果单道单因素试验及单道正交试验得到的工艺参数均为:激光功率1500 W,送粉量4 g/min,扫描速度6 mm/s,光斑直径2.2 mm。通过单道正交试验极差表分析发现,工艺参数对质量指标的影响程度不同,对熔覆层宽度的影响为扫描速度送粉量激光功率光斑直径,对熔覆层高度的影响为送粉量扫描速度光斑直径激光功率,对熔覆层稀释率的影响为送粉量光斑直径扫描速度激光功率,对比发现送粉量是熔覆层的最大影响因子。熔覆层的显微硬度最高可达到1170HV,是基体的3.7倍。结论在U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层,可以制备出光滑且紧密结合的熔覆层,且表面硬度明显提高。     

Direct laser fabrication of nickel alloy samples

Direct laser fabrication (DLF) is an advanced manufacturing technology which can build full density metal components directly from CAD files without using any modules or tools. An open-loop controlled hardware system and associated control software for the DLF process of nickel alloy samples was constructed in our work. The hardware system is consisted of a CO₂ laser, a 4-axis CNC table, a coaxial powder nozzle and a powder recycler. In order to achieve the maximum flexibility and extensibility for the fabrication of metal parts, path plug-ins was introduced into the control software. The effect of the specific energy on the cross-section shape of nickel alloy cladding was studied by a single-track cladding experiment with different laser processing parameters. The comprehensive effect of the optimized laser processing parameters was also studied by an orthogonal experiment. The experimental results showed that the specific energy for laser processing is the most important factor, which controls the component qualities. There is an appropriate range for the specific energy in which the nickel alloy samples can be fabricated layer by layer with a uniform height. If the specific energy is too low, the inner height of a sample is lower than its contour height. Banding structure can be observed in the microstructure of nickel alloy samples. The gain size in the light zones of the bandings is much smaller than those in the dark zones.