重熔对超高速激光熔覆Fe基涂层组织性能的影响

采用中心送粉式超高速激光熔覆方法在Q460钢基体制备Fe基合金涂层,并对涂层进行激光重熔处理,之后利用激光共聚焦(LCSM)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及电化学工作站、显微硬度计、摩擦磨损仪分析重熔前后熔覆层的宏观形貌、微结构及性能。同时,利用COMSOL软件模拟熔覆和重熔过程涂层热场分布。结果表明:中心送粉式超高速激光单次熔覆可成形微米级厚的Fe基涂层,涂层无裂纹、孔洞等缺陷,稀释率仅为6.82%;重熔后的涂层平整度增加且近表面晶粒明显细化,沿生长方向呈梯度结构;重熔样品具有更高的耐腐蚀性,硬度提高约33%,表现出更优的耐磨性;模拟发现,重熔过程中涂层表面的温度梯度明显高于涂层内部,导致涂层梯度结构的形成,涂层表面晶粒细化有利于其表面耐蚀耐磨综合性能的提升。

激光表面重熔对CoCrFeNiW_(0.5)高熵合金组织及性能的影响

采用真空氩弧熔炼制备了非等原子比CoCrFeNiW_(0.5)高熵合金并进行了激光表面重熔处理,系统研究了激光表面重熔对合金相组成、显微组织、硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:铸态高熵合金的显微组织由枝晶FCC相及枝晶间(FCC+μ)共晶组织组成,激光重熔后合金的共晶组织消失并且晶粒明显细化,金属间化合物μ相以颗粒状分布在等轴FCC的晶界上。与铸态合金相比,激光重熔后合金的硬度提升约17%,与Si_(3)N_(4)陶瓷配副时的摩擦系数降低约7%,磨损率降低约75%,这主要归因于激光重熔过程引起的细晶强化、固溶强化,以及合金组织成分均匀性的提升。

激光重熔对等离子喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织和耐腐蚀性能的影响

现有关于高熵合金涂层重熔处理的研究大多集中在涂层的组织结构、力学性能和耐磨损性能等方面,对其耐腐蚀性能的研究较少。为了揭示激光重熔对高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响,采用等离子喷涂技术在AISI 1045钢表面制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层,并采用激光重熔工艺对其进行重熔处理,对重熔前后涂层的组织结构和耐腐蚀性能进行对比研究。结果表明:激光重熔基本消除了喷涂层中的孔隙和裂纹等缺陷,涂层与基体之间由机械结合转变为冶金结合;重熔层由BCC固溶体相和少量FCC析出相组成,组织形态呈树枝晶状。极化曲线和电化学阻抗谱分析表明,激光重熔可以改善AlCoCrFeNi高熵合金涂层在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。激光重熔后,涂层的自腐蚀电位从-0.421 6 V增加到-0.282 1 V,腐蚀电流密度从4.809×10^(-7)A/cm^(2)降低到1.475×10^(-7)A/cm^(2)。长期浸泡腐蚀试验也表明重熔层的耐腐蚀性能要显著优于喷涂层。通过等离子喷涂结合激光重熔技术得到缺陷较少、耐腐蚀性较好的高熵合金涂层,对于高熵合金的广泛应用具有重要的参考价值。

重熔对Al-Ti-La中间合金中Ti_(2)Al_(20)La相的影响

通过扫描电镜、X射线衍射和电子探针等分析研究了重熔过程中不同保温时间和温度对Al-Ti-La中间合金中Ti_(2)Al_(20)La相的含量、形态尺寸和稳定性的影响。结果表明:在750℃下,随着保温时间的延长,Ti_(2)Al_(20)La相的溶解度逐渐增大,含量由未处理的20.776%下降至13.72%,形态由块状演变为圆整和细小的片状,长宽比由2.33下降至1.52;在1000℃下,保温15 min后溶解度较大,含量降低至4.5%,形态演变为尖锐的长条状,长宽比上升至2.55;溶解产生的La原子与Al在晶界处形成La-Al金属间化合物(IMC),Ti原子在基体中的分布密度随保温时间的延长和保温温度的升高而增高,以游离态均匀分布在基体中。

激光重熔工艺对粉末床熔融纯钼组织及力学性能的影响

由激光粉末床熔融(LPBF)成形的纯钼材料普遍存在着致密度低、孔隙缺陷多的问题,对其宏观力学性能具有较大影响。重熔作为LPBF工艺中常见的扫描策略,对提高难熔金属的致密度、改善其力学性能具有重要作用。采用重熔与未重熔工艺分别获得了纯钼试样,研究了两种工艺试样的微观组织与力学性能差异,通过对比致密度、缺陷、微观组织以及维氏硬度与拉伸性能,揭示了重熔工艺对LPBF纯钼成形质量的影响规律及作用机制。结果表明:重熔后缺陷明显减少,致密度得到了显著提高,晶粒增大,平行于成形方向的硬度提高、强度降低、断后伸长率增加,为增材制造金属钼及其合金的性能调控提供了参考。

基于激光重熔的SLM成形316L不锈钢温度场仿真及工艺优化

SLM成形过程中激光重熔可改善冶金质量和提高性能,但是目前激光重熔对温度场的影响尚不清楚。本工作利用有限元方法建立316L不锈钢模型,对比未重熔与激光重熔的温度场特征,分析不同重熔工艺参数下的温度结果和不同重熔工艺参数下所制备样品的致密度和孔隙尺寸。结果表明,激光重熔有较好的预热效果,单层成形最低温度提高了约69%,多层成形因热量扩散影响预热效果仅将温度提高10%。激光重熔工艺对激光第一次扫描的最高温度没有影响,但可提高第二次扫描的温度。重熔激光能量密度从29 J/m升至117 J/m,最高温度上升了36.40%,最低温度上升了12%。致密度的改善不明显,但孔隙尺寸有明显的减小。当激光重熔能量密度为50 J/m时,致密度高达99.95%,孔隙的深度和宽度下降了64.9%和35.2%。

不同重熔工艺下Ni60A涂层试验研究

本文研究了火焰喷涂Ni60A涂层及对其进行氧-乙炔火焰重熔、真空重熔后的组织和性能。采用SEM扫描电镜和维氏显微硬度仪分别检测2种工艺制备出的涂层显微组织结构、硬度等,并通过EDS能谱分析了涂层的元素构成。对比2种工艺的Ni60A涂层性能发现,火焰重熔后涂层的厚度明显变小,显微组织结构得到明显改善,孔隙率明显降低;采用2种工艺得到的涂层硬度均高于基体,其中火焰重熔涂层的显微硬度高于真空重熔涂层,达到603 HV。

选择性激光熔化成形(SLM)增材制造重熔次数对316L构件表面粗糙度及磨损性能的影响

重熔次数对选择性激光熔化增材制造构件表面粗糙度及耐磨性能有重要影响,研究其影响机理及确定经济重熔次数对发展选择性激光熔化增材制造技术具有重要意义。采用选择性激光熔化增材制造设备制备316L样件,在样件制备过程中分组进行0、1、2、3次激光重熔,对不同激光重熔次数下的样件表面利用三维轮廓扫描仪、扫描电子显微镜等进行表征,利用高速往复摩擦磨损试验机对样件进行摩擦磨损试验,利用电子分析天平测定磨损前后的质量,对表征及磨损性能进行分析。结果表明:SLM增材制造样件表面粗糙度随重熔次数的增加而逐渐减小,重熔后的平均表面粗糙度Sa、Sq、Sv、Sz值分别从0次重熔(正常打印)的8.437、11.88、82.68、252.2μm降低到三次重熔的6.18、7.735、37.597、104.36μm,分别降低26.75%、34.89%、54.53%、58.62%;随重熔次数的增加,平均摩擦因数逐渐增大,质量磨损量逐步减小;2、3次重熔样件在磨损试验的后半段瞬时最大摩擦因数出现了大于1的情况,这是由于在明显滑动之前出现“接点增长”,接点面积不断增大,致使摩擦力超过正压力。表面粗糙度及摩损性能出现上述变化的原因是,每次重熔会使表面吸附的粉末颗粒及熔接痕进一步融化融陷,直至消失,相邻熔道搭接处的“峰谷”现象得到抑制,孔隙和球化等缺陷逐渐被修复,表面变得更加平整。研究发现不同重熔次数对表面粗糙度和磨损改变的程度不同;定义了经济重熔次数概念,1、2、3次重熔次数对表面粗糙度和摩擦磨损性能综合改变率分别为ζ_(1)=26.61%、ζ_(2)=43.60%、ζ_(3)=23.68%,确定了经济重熔次数为2;根据研究成果,给出经济重熔次数在矿山机械上的应用实例。提出经济重熔次数概念,并给出经济重熔次数的应用实例,可为提高增材制造构件表面质量和耐磨性能提供新思路。

稀土精炼与电渣重熔3%Cr轧辊钢对比分析

以稀土精炼和电渣重熔两种工艺制备的3%Cr轧辊钢为研究对象,采用SEM、ASPEX等表征手段和电解萃取、拉伸、冲击等实验方法,对比分析了两种轧辊钢的成分差异、显微组织、夹杂物特征,以及力学性能。结果表明,稀土精炼轧辊钢中w[Ce]≤0.01%,w[Al]=0.022%,电渣重熔轧辊钢中w[Al]=0.018%,两种工艺对钢中杂质元素的控制水平相近。经相同工艺热处理后,稀土精炼和电渣重熔轧辊钢的显微组织均为回火索氏体,二者辊身的组织均匀性基本一致。稀土精炼轧辊钢中夹杂物主要为椭球状的CeAlO_(3)和Ce_(2)O_(2)S,平均尺寸约为4.17μm,面积百分比约为0.0066%;电渣重熔轧辊钢中夹杂物主要为不规则的Al_(2)O_(3),平均尺寸约为3.88μm,面积百分比约为0.0081%。而且,稀土精炼轧辊钢的屈服强度和抗拉强度与电渣重熔的相差不大;但是,稀土精炼轧辊钢的伸长率、断面收缩率及冲击功与电渣重熔的相比,均具有较大提升。

磁控电渣重熔对M2高速钢凝固组织及力学性能的影响

本文在M2高速钢的电渣重熔过程中施加了横向稳恒磁场,利用光学显微镜、扫描电镜和金属夹杂物分析仪等方法检测了外加横向静磁场对M2高速钢电渣锭凝固组织、夹杂物及力学性能的影响。结果表明,应用横向静磁场后M2电渣锭的凝固组织得到改善,其中,晶粒生长角由52.03°降低至21.99°;熔池深度由44.2 mm降低至18.8 mm;共晶碳化物尺寸得到了细化,粗大的网状聚集得到破碎。夹杂物的去除效率得到了提升,在4 mm^(2)的检测区域内,夹杂物的数量由2119个降低至1064个。电渣锭横/纵截面的硬度均匀性均获得了提升。分析认为,外加横向稳恒磁场与重熔电流交互作用产生的电磁振荡效应减小了金属熔滴的尺寸,促进熔滴分散滴入金属熔池,使得熔池中的温度分布更加均匀,形成更加浅平的金属熔池。同时,更加浅平的金属熔池减小了局部凝固时间,抑制了共晶碳化物生长的动力学条件,从而获得更加细小的碳化物尺寸。外加横向静磁场在液膜层-熔滴-熔池三阶段强化去除作用提升了夹杂物去除效率。

激光重熔功率对镍基高温合金熔覆层组织性能的影响

为了解决镍基高温合金涂层“强度有余,韧性不足”的问题,采用激光重熔工艺处理激光熔覆Inconel718合金涂层,研究重熔功率对涂层表面形貌、物相组成、显微组织和拉伸性能的影响。结果表明:重熔后的熔覆层表面粉末附着减少,表面形貌得到明显改善;激光重熔后熔覆层的组织仍是由γ-(Ni,Fe,Cr)和γ″-Ni_(3)Fe双相组成,随着激光重熔功率的增大,组织中γ″-Ni_(3)Fe相的体积分数先增加后减少,且涂层顶部和中部组织的晶粒尺寸先减小后增大;经重熔后涂层的拉伸强度和屈服强度略有降低,但伸长率获得显著提升,重熔功率为1200、1350和1500 W时分别提高了47.4%、52.6%和48.7%;重熔功率为1350 W时试样断口中韧窝分布均匀,此功率重熔处理的涂层韧性最好。激光重熔工艺可以有效地提高熔覆层的力学性能。

氩气保护电渣重熔脱硫预测研究

在工业级氩气保护电渣重熔过程中,钢中脱除的硫在渣中积累,会影响脱硫反应效率,造成重熔锭中硫含量分布不均。目前,电渣脱硫研究主要是基于规格较小的实验级,与大规格的工业级电渣脱硫动力学条件差别明显,故相关研究成果在工业应用中存在局限性。因此,本研究建立了工业级电渣重熔过程脱硫反应模型,经3吨氩气保护电渣实验验证,模型计算结果与实验结果基本一致。研究结果表明,降低电极和渣中初始硫含量、增加渣量、提高硫容量、降低电极下降速度均有利于提高脱硫率。基于研究结果推导出模型简化公式,可直接近似求解重熔锭不同质量处的硫含量。

扫描速率对激光重熔微弧氧化层组织性能影响研究

为了提高汽车车身用铝合金的表面力学性能,设计了复合工艺的加工处理,通过微弧氧化(MAO)和激光重熔(LR)技术对6061铝合金表面进行复合处理。通过调节激光扫描速度,制备具有良好力学性能的6061合金表面陶瓷(α-Al_(2)O_(3))层。研究结果表明,经LR、MAO复合处理后,致密层主要为比较稳定的α-Al_(2)O_(3)相,疏松层为亚稳态的Mg_(3)Al_(2)(SiO_(4))_(3)和Mg_(2)Si相构成,复合处理有效改善了材料组织结构。此次使用MAO与LR复合工艺制备的表面陶瓷层显微硬度显著提高,平均硬度最高可达220 HV,陶瓷层结合强度随扫描速度增加先上升后降低并且材料表面亲水性降低。

振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢碳偏析模拟

建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型,分析了碳的偏析行为和影响规律,利用VOF模型对渣/金界面进行追踪,采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为,并考虑了铸锭中不同元素之间的相互影响.结果表明:与传统工艺相比,振动电极电渣重熔工艺可以明显改善碳的偏析,最大正偏析指数由0.135减至0.116,减小了14.07%,最大负偏析指数由-0.124增至-0.105,增大了15.32%;增大w(W)会加重碳的偏析,当w(W)从9%增至9.5%时,最大正偏析指数增大了7.11%,最大负偏析指数减小了10.3%.

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo_(2)NiB_(2)涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm^(2),但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。

激光重熔对激光粉末床熔合制备Ti-6Al-4V合金热稳定性的影响机制研究

研究了激光重熔(LR)对激光粉末床熔合(LPBF)制备Ti-6Al-4V合金的组织性能和热稳定性的影响。结果表明,LR处理后,LRed-Ti-6Al-4V钛合金样品内α′相热稳定性显著提升,β-Ti相出现的温度点由500℃升至700℃。热处理后,LPBF-Ti-6Al-4V钛合金内晶粒持续生长,700℃以上出现明显的“短棒状”和“粗层片状”特征;而LRed-Ti-6Al-4V样品表层熔化区内晶粒仍维持等轴特征,700℃以上的熔化区和热影响区内呈现较为均匀细小的针状组织。两组样品的表面显微硬度值随温度升高而不断降低,并且分别在700℃和850℃显著下降,β-Ti晶粒的迅速粗化是引起硬度下降的主要原因。

低频电渣重熔过程电流对电渣锭洁净度的影响

基于实验室小型低频电渣重熔装置,以使用70%CaF_(2)+30%Al_(2)O_(3)渣系电渣重熔304 L奥氏体不锈钢为研究对象,详细分析低频条件下不同的重熔电流对电渣锭夹杂物数量、尺寸及类型的影响规律。结果表明,与工频电渣重熔(50 Hz,1800 A)相比,低频(2 Hz)条件下,采用不同的电流(1800、1400 A)电渣重熔后,电渣锭中的w[O]分别增加了172.2%、75.5%,w[N]分别降低了4%、3.4%。在低频下,采用不同的电流重熔时,电渣锭中夹杂物的种类并无改变,但是夹杂物的数量及各类夹杂物占比有所改变。低频下夹杂物数量随着电流的降低而减少,但是与工频条件下相比夹杂物数量仍然增高了173%(1800 A)与63.7%(1400 A),增加部分基本为10μm以下的细小夹杂物,大尺寸夹杂物(>10μm)数量增加较少。

重熔对激光熔覆Fe60涂层的组织与性能影响

为提高45#钢表面的显微硬度及耐磨性能,以Fe60自熔性合金粉末作为熔覆层原料,通过激光熔覆和激光重熔工艺制备熔覆涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层的显微组织,利用维氏硬度计、磨损实验机、三维形貌仪等仪器进行显微硬度、耐磨性能及磨损机制的测试。结果表明:激光熔覆制备的涂层枝晶组织尺寸较大,激光重熔后的涂层枝晶晶粒细化且更加致密。相较于基体,激光熔覆制备的涂层平均硬度为670 HV,是基体的3.38倍,激光重熔后的涂层平均硬度为682 HV,相较于基体硬度提升3.43倍。经过激光重熔及激光熔覆涂层的摩擦系数、磨损量相较于基体得到显著降低,其磨损量分别降低了8倍、2.67倍,耐磨性能得到显著提升,涂层的摩擦磨损形式为磨粒磨损及黏着磨损。

ϕ690 mm大尺寸GH4738合金真空自耗重熔数值模拟与工业试验

为探究大尺寸高温合金真空自耗重熔工艺,提高铸锭均质化、洁净化水平,采用数值模拟与工业试验相结合的方法,研究了ϕ690 mm锭型GH4738合金真空自耗重熔过程熔池演变、凝固特征以及夹杂物分布规律。结果表明,随着熔炼的进行,模拟的熔池由“浅平”形逐渐向“浅U”形转变,熔炼500 min后,熔池逐渐趋于稳定,冶炼过程最大熔池深度和糊状区宽度分别为200.88、72.38 mm。稳定熔炼期间,铸锭表面和中心的冷却速率分别为0.126、0.009 K/s,高度超过0.4 m后,铸锭冷却速率基本维持稳定。模拟了6种粒径的夹杂物在熔池中的运动轨迹,>20μm的夹杂物在熔池内作螺旋运动,大部分在熔池表面与铸锭侧壁接触面被捕获,≤10μm的夹杂物进入熔池后沿熔池底部向内运动,最终停留在铸锭内部,与工业铸锭检测值基本一致。

熔速对高填充比06Cr18Ni11Ti电渣重熔铸锭凝固过程的影响

以06Cr18Ni11Ti钢高填充比电渣重熔铸锭为研究对象,通过建立瞬态电渣重熔过程的多相多物理场耦合模型,探究了熔速对电渣重熔过程中电磁、传热、流动及凝固行为的影响。结果表明,不同熔速下的电流路径基本一致,且存在明显的集肤效应,结晶器内部温度呈抛物线形分布,且温度梯度较大。随着熔速从5 kg/min增至7 kg/min,电流密度、洛伦兹力和焦耳热分别增加了16.2%、37.7%和63.3%;渣池最高温度从1902 K上升至2058 K;渣池内存在两对方向相反的涡旋,结晶器内的流动随熔速增大变得更加剧烈;在本文研究条件下,提高熔速会导致熔池深度增大、铸锭局部凝固时间延长;当熔速为5 kg/min时,局部凝固时间最短,熔池深度在结晶器直径的1/2~1/3,有助于保证铸锭良好的致密性和结晶质量。