超声辅助对激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷涂层力学性能的影响

目的探究超声辅助对钛合金表面激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷涂层力学性能的影响。方法使用COMSOL Multiphysics仿真软件,探究熔覆工件中有无超声作用下流场的变化,并将超声波直接引入熔池微区,研究超声辅助对Al2O3-ZrO2陶瓷涂层截面形貌、微观组织、元素分布、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果仿真结果表明,无超声时熔池横截面涡流大小呈对称状,流速较为缓慢,超声辅助下熔池截面的声速大小瞬时变化,熔池内流体的流速提高。实验结果表明,超声辅助下,熔覆层的截面形貌发生了一些变化,但抑制了熔覆层裂纹的产生。熔覆层晶粒尺寸细化,尤其是当激光功率为1700 W时,晶粒尺寸最小且相对更加致密;熔覆层内元素分布更加均匀,且界面效应降低。熔覆层的力学性能提高,激光功率为1700 W时,熔覆层平均显微硬度值为979.4HV0.2,相同激光功率下,超声辅助的熔覆层具有更大的平均显微硬度值。超声辅助下熔覆层的摩擦系数和波动幅值都较小,激光功率为1700 W时的摩擦系数最小(约为0.329)且波动较为平稳。结论超声波直接引入熔池微区可以有效提高熔池的流动性,同时细化了晶粒,均匀化了元素分布,提高了熔覆层的力学性能。

超声振动在激光熔覆中的应用研究进展

为改善激光熔覆过程中存在的问题,将超声振动引入到激光熔覆的过程中,使熔覆层气孔和裂纹减少、晶粒细化、应力集中现象减弱、元素分布均匀,并最终改善熔覆层的显微硬度和耐磨性。对超声振动作用于激光熔覆时的施加方式、不同的工艺参数等因素对涂层质量的影响进行了分析,指出了超声辅助激光熔覆技术存在的问题和进一步的发展趋势。

搭接率对42CrMo激光熔覆层温度场和残余应力分布的影响

为减少熔覆层加工余量,提高熔覆层质量,仿真研究影响熔覆层残余应力的因素和其影响规律的有限元。利用Ansys软件分别建立了具有30%,40%,50%,60%,70%搭接率的1 mm厚度的多道熔覆模型,探索搭接率对残余应力的影响规律。利用激光熔凝温升模型和粉末吸收率模型建立激光熔覆温升模型,通过与仿真温度比较来验证模型的准确性,并进行了相应的实验来观察熔覆层的物理性能。激光熔覆温升模型温度与有限元仿真模型温度较吻合。有限元仿真结果表明:30%搭接率下最小残余应力为160 MPa,50%搭接率下最小残余应力为95 MPa,70%搭接率下最小残余应力为108 MPa;最小残余应力出现在距离熔覆层顶部0.2 mm的位置,最大残余应力出现的位置逐渐向基体方向移动;随着搭接率的增加,熔覆层显微硬度逐渐增大,熔覆层的摩擦系数先增加后减小。随着搭接率的增加,熔覆层平均温度逐渐增加,等效残余应力平均值和最小值逐渐减小,实验结果表明具有50%搭接率的熔覆层与基体结合良好,抗磨效果显著,最适合后续加工。

激光功率对超声辅助激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷力学性能的影响

采用激光熔覆工艺在Ti-6Al-4V合金基体上制备Al2O3-Zr O2陶瓷层,探讨在超声辅助下不同激光功率对熔覆层形貌及性能的影响。通过金相显微镜,X射线衍射,扫描电镜,显微硬度测试仪及摩擦磨损试验机研究了熔覆层的宏观形貌,截面形貌,物相组成,微观结构,显微硬度和磨损行为。结果表明:随着激光功率的增加,熔覆层稀释率先增加后降低,激光功率从1100 W增加到1500 W时,稀释率分别为65. 86%、68. 55%、76. 04%、71. 57%和68. 23%;熔覆层主要由Ti Al、Ti O和Zr O2组成;随着激光功率的增加,熔覆层显微硬度呈现先增加后减小的趋势;与其他3种熔覆层(激光功率为1300、1400和1500 W)相比,激光功率为1200 W的熔覆层平均摩擦因数相对较低,约为0. 27,该熔覆层的磨损机理为磨粒磨损,其他3种熔覆层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。