基于高速激光熔覆技术的Ni-Co合金涂层组织性能及耐磨性研究

利用高速激光熔覆技术,在C422钢表面制备Ni-Co基合金强化涂层,以提高其耐磨性和抗拉毛能力,从而延长蒸汽轮机阀杆的服役寿命。通过调整激光功率、扫描速度、搭接率和送粉速度等工艺参数,在C422钢材表面制备了不同组织的Ni-Co基合金强化涂层。采用金相观察、XRD检测、显微硬度测试和摩擦磨损试验等方法,对涂层的微观组织、物相组成、硬度和耐磨性进行了表征,以解明蒸汽轮机零部件表面磨损和失效的一般规律。结果表明,Ni-Co基高速激光熔覆层的物相成分主要为γ-Co固溶体、(Cr-Fe)7C3硬质碳化物及Ni4W金属间化合物等。熔覆层微观组织为网状超细共晶组织,晶粒细小且排列紧密。涂层显微硬度较基体有明显增高;涂层耐磨性较基体有较大提升。进一步研究表明,在合适的功率等其他条件下Ni-Co基合金高速激光熔覆层能够提高基体表面的硬度以及耐磨损性能;扫描速度对于涂层组织性能的影响较大,扫描速度提升时组织发生固溶强化、细晶强化和硬质化合物产生的弥散硬化共同作用导致了耐磨性提高,为机械零件磨损失效的问题提供解决方法和理论依据。

激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化,进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题,对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层,并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布,探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明:涂层表面和内部为残余压应力,在涂层基体熔合线处残余应力发生突变,热影响区表现为残余拉应力;激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响,当激光扫描路径为轮廓偏置式、激光功率为1.8 kW、扫描速度为0.02 m/s时,涂层具有最优的残余应力分布和成形质量;残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。

激光熔覆FeCrB/NiCrB合金涂层的摩擦磨损与抗冲击性能

采用激光熔覆技术在H13钢基体上制备FeCrB/NiCrB合金涂层,研究了涂层的显微组织、硬度、摩擦磨损性能和抗冲击性能。结果表明:FeCrB/NiCrB合金涂层中未见明显裂纹缺陷,成形质量较好;NiCrB合金黏结层主要由等轴晶和树枝晶组成,与FeCrB合金涂层结合紧密;FeCrB合金涂层、NiCrB合金黏结层和基体的平均硬度分别为840,403,285 HV;在300,600,900 N载荷下,涂层的摩擦因数分别为0.35,0.44,0.42,对应的磨损量分别为5.29,248,300 mg;涂层的平均冲击吸收功为12 J,高于基体(3 J),断裂机理为韧性断裂。

矿山装备曲轴激光再制造数值模拟及性能调控

针对矿山装备发动机曲轴激光熔覆过程中温度分布对熔覆层质量的影响,利用ANSYS软件及生死单元法对熔覆过程进行模拟仿真,得到不同工艺参数下激光熔覆层的温度场,获得了熔池温度及冷却速度的变化规律。结果表明:熔池最高温度受激光功率的影响比较大,冷却速度与扫描速度呈正相关,热影响区随着扫描速度的增加而减小。温度场分布与红外摄像仪拍摄结果比较接近,验证了模型的可靠性。