GH738合金激光沉积修复试验研究

通过正交试验研究了激光功率、扫描速度、送粉速度对GH738合金激光沉积修复单道熔高、熔宽、熔深等特征尺寸的影响规律,优化了工艺参数,获得无缺陷显微组织;分析了多道多层沉积试样熔合不良、裂纹等缺陷产生的原因及组织、硬度分布特点。结果表明:沉积区呈典型的外延生长柱状枝晶,枝晶间析出少量碳化物;相对于基体,热影响区碳化物明显减少,同时热影响区'相尺寸明显增大;沉积区硬度为350~470 HV0.3,热影响区硬度为450~480 HV0.3,均明显低于基体硬度480~510 HV0.3;且沿沉积高度方向硬度逐渐降低。     

选区激光熔化316L不锈钢成形质量与晶粒形貌研究北大核心CSCD

选区激光熔化零件的性能与工艺参数影响的表面质量和内部缺陷是密切相关的,为了深入了解表面质量和内部缺陷与工艺参数之间的关系,以提高成形质量。通过研究不同激光功率和扫描速度制备的选区激光熔化样品的晶粒形貌、致密度和显微硬度。结果表明,随着激光功率的增大,熔池宽度逐渐增大,熔池轨迹更加清晰连续,致密度和硬度呈先增大后减小的趋势;随着扫描速度的增大,熔池宽度减小,熔池轨迹越来越无规则且不连续,致密度和硬度先增大后减小;选区激光熔化316L不锈钢样品均有奥氏体单相构成,不受激光功率和扫描速度的影响。另外,熔池宽度分别与激光功率、扫描速度符合二次多项式数学关系;xoy平面的晶粒尺寸要略小于yoz平面的晶粒尺寸,晶粒大小的差异导致显微硬度的不同,xoy平面上显微硬度都略大于yoz平面上硬度,产生各向异性;孔洞数量少的致密度相对较大,当致密度达到最大98.74%时,显微硬度也达到最大,xoy平面上硬度为227.5 HV,yoz平面上硬度为210.1 HV。     

激光熔覆复合涂层组织性能研究

研究了TC4合金表面激光熔覆WC-12Co/NiCrAlY复合涂层后熔覆层的组织结构、显微硬度、熔覆层深度等。实验结果表明,激光熔覆层在组织结构上分为熔化区、结合区、热影响区。由于涂层中不同部位成分、温度分布及冷却速度不同使初生相呈树枝状、块状、花瓣状及颗粒状等几种形态;实现了涂层与基体的良好冶金结合,熔覆层最高硬度可达1100 HV。利用SEM观察、显微硬度测试等分析手段,研究了激光功率、扫描速度、涂层成分、涂层厚度对熔覆层的显微硬度、熔覆层深度影响。结果表明:在其它条件不变时,随着能量密度的增加,熔覆层的显微硬度下降;随着涂层成分中WC-12Co相对含量的增加,熔覆层的硬度增加,但熔覆层的深度减小;激光能量密度大小对熔覆层中熔化区的深度有较大影响;随着涂层厚度的增加,熔化区的深度在减小。     

工艺参数对激光沉积修复钛合金组织和显微硬度的影响

在BT20钛合金基板上进行了不同激光功率、扫描速度等工艺参数的激光沉积修复试验,研究了各工艺参数对BT20钛合金组织及显微硬度的影响规律,并分析了其成因,为优化工艺参数提高激光沉积修复质量提供依据。结果表明：随着激光功率P的增大,柱状晶的长度变短并趋向于等轴晶的转变; 在相同的激光功率下,随着激光扫描速度v的增大,柱状晶的尺寸变得细长; 基体、热影响区、修复区的显微硬度在修复方向逐渐增大。     

箱体主轴承座脉冲激光加工裂解槽实验研究

采用Nd∶YAG脉冲激光对某发动机箱体主轴承座所用材料加工裂解槽。试验结果表明,激光热影响区组织得到细化,熔化区生成了细小的树枝状初晶和莱氏体,相变硬化区获得了隐针马氏体和残余奥氏体。X射线衍射(XRD)分析表明,熔化区碳浓度大于相变硬化区;裂解槽附近区域显微硬度均高于母材,硬化效果明显,熔化区显微硬度比相变硬化区高约260 HV;裂解槽硬化层随激光脉冲功率和脉冲宽度的增加而增大,随激光扫描速度的增加而减小,硬化层深度在0.232～0.625 mm之间;激光加工裂解槽为直缺口,灰铸铁的启裂和断裂效应明显。总结出激光功率、脉宽和加工速度等参数对裂解槽几何形貌的影响规律,并对工艺参数的选择提出了建议。     

304不锈钢薄壁管件纵缝焊接工艺及组织研究

采用激光自熔焊接技术对1 mm厚的304不锈钢圆管进行纵缝对接焊接试验。基于两因素和四水平的控制变量试验，通过光学显微镜、X射线荧光衍射仪和扫描电镜等分析设备获取焊接接头微观测试结果，并以表面成形、显微硬度为指标，获得激光功率为3.5 kW、焊接速度为30 mm/s、离焦量为+2 mm的最佳焊接工艺参数。研究结果显示：焊缝中心由细小等轴晶奥氏体和树枝状铁素体组成，在焊缝边缘处存在细小的柱状树枝晶区域，这些柱状晶沿着垂直于熔合线的方向生长，且尺寸与焊接热输入成正比。最优工艺参数下热影响区显微硬度达到221 HV,焊缝的显微硬度为214 HV,不同焊接接头对应区域内的显微硬度值与热输入呈负相关性。     

17-4PH不锈钢的激光表面固溶工艺研究

在圆形光斑和矩形光斑下,采用7kWCO2激光器,对17-4PH不锈钢做了激光固溶的工艺实验研究.采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪分别检测了激光处理后强化层的显微组织、显微硬度,结果表明,激光固溶层存在高密度的马氏体组织,圆光斑下的固溶层平均显微硬度为360HV0.2,矩形光斑下的为400HV0.2.气蚀实验中,圆光斑激光固溶时效后的试样气蚀累计损失量为基体的0.8倍,矩形光斑下的为0.6倍.最后讨论并分析了影响固溶强化效果的四个主要因素,激光功率、扫描速度、光束质量以及光斑几何形状.     

激光焊接工艺参数对40CrNi2Si2MoVA钢组织和性能的影响

为了改善超高强度40 CrNi2Si2MoVA钢的焊接性能,采用CO2激光对其进行了焊接处理.利用OM、显微硬度仪和电子万能试验机等对激光焊接接头的显微组织、硬度、拉伸强度进行了研究.结果表明,固定输出功率P,扫描速度ν从120～240 mm/min变化时,随着扫描速度的增加,焊缝区、热影响区(H.A.Z)宽度变窄,焊缝区硬度值减小,而热影响区硬度增大;固定扫描速度,激光功率从1.4～2.0 kW变化时,随着功率的增加,焊缝区、热影响区宽度变宽,焊缝组织变得粗大,焊缝区硬度值增大,而H.A.Z硬度值有所减小;当激光功率为1.6 kW、扫描速度150 mm/min时,焊接接头组织细小、均匀,抗拉强度最高值达到1 653 MPa.     

激光焊接三明治结构T型接头的研究

本试验采用IPG YLS-5000型激光焊接系统,焊接舰船用高强钢907A三明治板。采用万能试验机、显微硬度仪、超景深三维数码显微镜以及扫描电镜,测定了T型焊接接头的拉脱力学性能、显微硬度、显微组织和断口形貌。结果表明,焊缝和热影响区的显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度在330~360HV0.2之间;焊缝组织为板条马氏体,热影响区组织主要为马氏体、残余奥氏体及少量析出碳化物;T型接头断口属于兼有韧性断裂和解理断裂的综合断裂;焊接速度和离焦量一定时,焊缝宽度和深度随激光功率的提高而增大;T型搭接接头的力学性能主要取决于搭接处的焊缝宽度,在当前工艺条件下进行3道次的激光焊,能保证腹板和面板的接合强度比母材的强度大。     

激光熔化沉积TC17钛合金光纤激光焊接特性

利用光纤激光对激光熔化沉积TC17钛合金与锻造TC17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,TC17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(HAZ)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。     

选区激光熔化成形24CrNiMo合金钢的组织结构与力学性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了24CrNiMo合金钢件,研究了SLM工艺参数对成形合金钢件显微组织、致密度、硬度及拉伸性能的影响。结果表明:成形合金钢的显微组织由回火马氏体和少量残余奥氏体组成;随着激光功率增大和扫描速度降低,熔池体积增大,冷却速度降低,回火马氏体板条粗化,热影响区变宽,合金钢的硬度降低;同时,成形合金钢内未熔合孔洞减少,致密度增加;当激光功率为320 W、扫描速度为750 mm/s时,合金钢的致密度最高,为99.93%;当激光功率为320 W、扫描速度为950 mm/s时,成形合金钢的拉伸性能最佳,其抗拉强度和屈服强度分别为1362 MPa和1252 MPa,延伸率为16.2%。在合适的激光成形参数下,SLM成形24CrNiMo合金钢的综合力学性能明显优于铸态合金钢。     

激光快速熔疑40Cr钢表面硬度与残余应力研究

研究40Cr在激光单道熔凝和叠道熔凝下材料表面显微组织分布特征,表面硬度分布规律和残余应力状态,结果显示单道激光熔凝的强化层组织由表层熔化区、亚表层相变硬化区及与基体相连的高温回火区组成,最大残余应力为拉应力,出现在熔凝带中心,在熔化带边缘为压应力,在热影响区为拉应力:叠道激光熔凝试件表面显微组织和硬度分布的差异在回火软化区和二次淬硬区。。叠道扫描的残余应力要比单道激光熔凝的小,新的熔凝带对前道熔凝带施加了应力并产生了韧化作用。     

离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响

利用YAG脉冲激光焊接系统对1mm厚的1Cr17Ni2不锈钢薄板进行对接焊接试验,通过焊缝组织分析、拉伸测试和显微硬度测试,研究了离焦量对焊接接头组织与性能的影响。结果表明:采用激光对1Cr17Ni2薄钢板进行对接焊后,焊接接头出现了组织分区,母材区组织主要是铁素体和马氏体,热影响区组织为板条马氏体组织和少量呈带状分布的δ铁素体,而焊缝区组织则主要以马氏体为主;随着离焦量增加,焊缝熔深逐渐减小,熔宽先增大后减小,焊缝处的马氏体含量逐渐减少,接头的抗拉强度先增大后减小;焊缝区的硬度最大,母材区的硬度最小,热影响区的硬度介于两者之间;焊缝区的整体硬度随着离焦量的增大而减小;当离焦量为-5.5mm时,热影响区中马氏体板条束群细小均匀,焊接成形质量好,接头的拉伸性能优良。     

H13钢表面激光熔覆层稀释率及强化效果研究

为了改善H13钢的表面性能,利用YLS-4000型光纤激光器在H13钢表面熔覆镍基涂层,采用正交试验法,对不同工艺下的熔覆层表面形貌、几何参量、稀释率、微观组织、显微硬度进行了检测分析。结果表明,激光功率最小而送粉速率最大时（P=1800W,v_f=1.0g/s）表面凹凸不平;激光功率和扫描速率最大时（P=2200W,v_s=25mm/s）表面出现裂纹;当稀释率η < 10%时,熔覆区平均硬度（大于800HV）为基体硬度（246HV）的3倍以上,强化效果显著;当稀释率η>25%时,熔覆区下部受熔化基体的稀释作用硬度较低;稀释率随着激光功率与扫描速率的增加而增加,随着送粉速率的增加而降低。通过调整工艺参量可获得表面平整光滑、组织致密、强化效果显著的熔覆层。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

激光功率对TC4表面熔覆Ti40阻燃钛合金组织及硬度的影响

采用激光熔覆沉积工艺,在传统TC4合金表面以单道多层的方式熔覆Ti40 (Ti-25V-15Cr-0.2Si)阻燃钛合金。重点研究了不同激光功率下熔覆层形貌特征、成分及显微硬度的演变规律,并建立了不同激光功率下的稀释率及熔覆层过渡区成分的理论预测方法。实验及分析结果表明:TC4基体区与Ti40激光熔覆区交界处存在成分及显微硬度过渡区域,特别是在过渡初期的300～350μm范围内,4种激光功率下均出现成分及显微硬度的显著变化;当激光功率为1800 W时,Al、V、Cr元素含量及显微硬度过渡得最快;随着激光功率的增大,过渡区尺寸逐渐减小。基于过渡区成分分析及Mo当量计算发现,由热影响区向熔覆区域过渡时,显微组织直接发生α+β→β转变,导致熔覆界面处显微硬度显著降低。     

车用超高强钢22MnB5及22MnB5-Q235光纤激光焊接接头组织及性能的研究

为了提高车用超高强钢激光焊接技术的发展,采用光纤激光器对1.9mm厚的22MnB5钢板进行激光对焊以及22MnB5与Q235钢板的激光拼焊。研究了激光焊接接头的微观组织、硬度以及拉伸性能的变化,分析了焊接速度对接头组织、性能的影响。结果表明,22MnB5钢焊缝组织主要是板条马氏体,22MnB5热影响区可分为完全淬火区、不完全淬火区和回火区,而Q235热影响区不存在回火区。焊接接头硬度分布不均匀,在焊缝边缘硬度最高。热影响区很窄,硬度急剧下降,22MnB5热影响区存在严重的软化区,最低硬度仅为319.6HV,Q235热影响区不存在软化区。随着焊接速度的增加,焊缝组织变得细小,马氏体含量增多,当焊速达到5m/min时,22MnB5焊缝最高硬度达到544.2HV。在垂直于焊缝的负载下,焊接速度为3~5m/min时,22MnB5拉伸试样均断裂在热影响区,塑性较差,断后延伸率仅为2%左右,而母材的断后延伸率却达到了8.9%。     

激光熔覆制备Stellite6涂层的组织与性能

基于激光熔覆同轴送粉技术,在2Cr13不锈钢表面制备了Stellite6合金涂层,研究了工艺参数对涂层宏观形貌的影响,分析了涂层的显微组织和显微硬度。研究结果表明:在激光功率为2.5 kW,扫描速度为5 mm/s,送粉速率为13.2 g/min,搭接率为38 %时,可获得平整无缺陷的Stellite6涂层。熔覆层可分为一次熔化区、道间重熔区和层间重熔区。熔覆层的组织主要由胞状晶和树枝晶构成;相比于一次熔化区,道间重熔区和层间重熔区的组织较为粗大。通过合理调整道间停留时间和层间停留时间,可使熔覆层周期性循环组织中的一次熔化区的组织占比从54.9 %提升至73.1 %,从而提升熔覆层的整体硬度。     

铝合金1100 H14的激光焊接工艺研究

受加工工艺、热变形以及铝合金对激光的强烈反射等因素影响,铝合金的激光焊接存在较大的困难。以1.0mm厚1100H14铝合金薄板为对象,采用Nd:YAG脉冲激光器进行焊接,重点研究了激光焊接过程中脉冲波形、激光功率、脉冲频率、焊接速度等对焊接成形质量的影响。焊后进行拉伸强度测试、金相观察、显微硬度测定、断口分析。实验结果表明:预热保温的焊接波形焊接试样优于梯形波焊接试样:优化的焊接参数为峰值功率8kW,单脉冲能量20J,频率10Hz,焊接速度2.1mm/s;抗拉强度为95.7N/mm~2,达到母材抗拉强度的86%;焊缝中部为等轴细晶,熔合线附近是柱状晶组织。焊缝区有软化现象,硬度为HV4.9 33.2,达到母材的77%。     

1Cr18Ni9Ti激光相变硬化层组织及性能

为了探讨1Cr18Ni9Ti不锈钢组织及性能的变化,采用激光相变硬化处理的方法,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨损试验机、恒电位仪等研究了激光相变硬化层的组织及性能。进行了理论分析和实验验证,取得了激光相变硬化层的硬度、耐磨性、耐蚀性数据。结果表明,激光相变硬化层主要由奥氏体、马氏体、Fe-(Cr,Ni)以及Fe等组成。随着激光功率的增大,平均显微硬度先增加后减小,在功率为750W时,平均显微硬度达最大值,为223.5HK;在功率为550W时,耐磨性最好,磨损率为基体的56%。激光相变硬化处理后耐蚀性增强;最小的维钝电流密度是基体的33%,最大的钝化稳定区长度是基体的7倍。这一结果对研究1Cr18Ni9Ti不锈钢组织及性能的转变是有帮助的。