热流密度对高速钢刀具多道熔覆WC/Co陶瓷层组织与性能的影响

目的研究高速钢刀具表面激光多道熔覆WC/Co陶瓷层时,热流密度对熔覆层道次间的影响规律,以及多道熔覆层制备时的参数选择。方法建立多道单层激光熔覆理论模型,并利用模拟仿真和实验的方法,以热流密度作为评价指标,对激光热源的不同参数和熔覆层组织与性能进行耦合分析。结果当热流密度小于24.06×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层内形成细长的枝状晶。当热流密度在36.09×10^(6)~39.82×10^(6) W/m^(2)变化时,熔覆层内形成以胞状、枝状为主要强化相的多晶体混合组织。当热流密度大于44.11×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层组织形成稳态的块状结构。不同热流密度下,熔覆层的物相组织均由Fe_(3)W_(3)C、Co_(3)W_(3)C、Mo_(3)Co_(3)C、W_(2)C、WC、Cr_(3)Mo、(Cr,Fe)_(7)C_(3)和多种间隙化合物组成。结论当第n道熔覆层制备完成后,受到后续第n+1道熔覆层制备时热流密度的影响较大,而此后道次的影响较小。熔覆层内部组织形态随着热流密度的增加从细长的枝状晶向胞状晶转变,再逐渐形成稳态块状晶。熔覆层内各位置的显微硬度值随着热流密度的增加而先增大,随后逐渐减小。较大的热流密度会导致基材参与熔覆的质量增加,但降低了基材的抗弯曲强度,加大了熔覆层及基材断裂的可能性。当热流密度为36.09×10^(6) W/m^(2)时,是一组较为理想的工艺参数选择。

基于能效的机械零件激光熔覆工艺参数优化

为降低激光熔覆工艺的能量消耗、减少加工时间,本文提出一种基于能效的激光熔覆工艺参数优化方法。以比能耗作为激光熔覆能效的衡量标准,通过分析激光熔覆各子系统的能耗特性,建立激光熔覆能耗模型。在此基础上,计算系统总能耗与成型体积间的比能耗,构建以比能耗和加工时间为优化目标的激光熔覆工艺参数多目标优化模型并采用NSGA-Ⅱ算法进行求解。通过对环形薄壁件进行激光熔覆试验,验证了比能耗模型的准确性,并证明优化后的工艺参数能有效提升激光熔覆的能效,减少加工时间。

异质金属熔覆搭接率对Ni60A熔覆层显微组织影响

利用半导体激光器在45钢基体上熔覆Ni60A材料来制作镍基合金涂层的实验方法,研究了熔覆层内部显微组织、物相成分及显微硬度随着搭接率的变化规律,根据实验结果选择合适的搭接率以满足性能要求.结果表明,在搭接率为20%、30%、40%及50%时,随着搭接率的增大,熔覆层搭接区底部组织晶粒逐渐增大,中上部组织晶粒逐渐减小;熔覆层主要物相为γ-Ni固溶体相,还有大量的铬硼化物、碳化物等硬质强化相,并且当搭接率从20%逐渐增大到30%时,主要物相成分逐渐增多,搭接率从30%增大到50%时主要物相成分有所减少;熔覆层的显微硬度变化规律大致与物相成分变化规律相同,同样是在搭接率从20%增大到30%时逐渐增大,在搭接率为20%时显微硬度最低,在搭接率为30%时显微硬度最大,为700 HV,随后当搭接率增大到50%时显微硬度降低至665 HV.根据熔覆层的性能要求,显微硬度要高,组织晶粒要细小均匀,在仅考虑搭接率的变化时,综合分析显微组织、物相成分及性能,选择30%搭接率为最佳.

微波多腔体外壳导电胶粘接覆铜板失效原因分析与解决

[目的]某微波多腔体外壳(可伐材料)镀镍/金后,在通过导电胶粘接覆铜板时出现导电胶与可伐腔体不浸润、导电胶开裂、覆铜板从可伐腔体外壳上剥离等不良现象。[方法]通过建立故障树,结合能谱分析、水滴试验和剪切力测试,对上述问题的主要影响因素逐一进行分析。[结果]导电胶粘接失效的主要原因是镀金后浸泡金保护剂工艺参数不当,以及转运过程中所用包装盒上的微量硅油沾污了外壳表面。[结论]在导电胶粘接前对微波多腔体外壳进行化学清洗,以及禁用含硅油的包装盒后,未再出现粘接失效现象。

激光熔覆再制造镍基合金层的组织和性能研究

采用激光熔覆再制造技术在316L基材上开展多层镍基合金梯形槽试验研究,分析了修复区的物相组成和显微组织结构,研究了修复区的组织变化对熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明,修复区与基材呈现良好的冶金结合,其结合区的组织主要为胞状晶和柱状晶,熔覆层内的组织主要为柱状晶和等轴晶;晶粒内部具有较高的位错密度且以小角度晶界为主;修复区的平均显微硬度约为基材平均显微硬度的2.23倍;相较于基材,修复区具有更好的耐腐蚀性能。

TC4钛合金表面激光熔覆CoCrNi基合金涂层的温度场模拟

利用COMSOL对TC4表面激光熔覆制备CoCrNiMo_(x)及CoCrNi(WC)_(x)高熵合金涂层的熔化与凝固过程的温度场进行模拟,建立了三维多物理场并存的瞬态模型,同时考虑了传热、流体传热、对流以及表面熔覆层生长过程,分析对比了扫描速度、激光功率等参数对添加不同含量Mo及WC的CoCrNi基合金温度场的影响。通过模拟结果可以得知,激光熔覆过程中熔池的主要驱动力为马兰戈尼力,提高Mo含量时会使涂层温度场的最大值降低,但同时速度场和压力场的最大值会上升。此外,使用CoCrNiMo_(2)作为涂层粉末相比于熔覆CoCrNi(WC)_(2),会在温度场、速度场和压力场均观察到较低的数值;激光功率逐渐升高,激光熔覆产生的熔池的中心温度也随之升高,且熔池的宽度、深度也将有所升高;扫描速度逐渐升高时,熔池中心最高温度显著降低,熔覆层起始位置明显推迟,熔覆层厚度明显减少,熔池的几何尺寸变小且熔池底部形貌对称性变差。

激光熔覆FeCrNiMo-WC复合涂层的组织与耐磨性能

采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了WC陶瓷颗粒增强FeCrNiMo-WC多主元合金复合涂层。通过相组成分析、显微结构表征、力学性能测试和摩擦磨损实验等研究了WC含量对涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明:涂层主要物相除了FCC+WC以外,还存在网状的共晶组织,由FCC与M6C碳化物相呈层片状交替分布,片层间距约100 nm;随着WC含量的增加,共晶组织体积分数增加,涂层逐渐形成共晶组织+WC陶瓷颗粒的微观组织结构;WC陶瓷颗粒的加入显著提高了涂层的硬度和耐磨性,当WC含量为40 mass%时,涂层硬度为55.9 HRC,此时涂层耐磨性能最好,最小体积磨损率为2.17×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。涂层中大颗粒WC以及软硬交替的FCC+M_(6)C共晶体,协同提高了涂层的硬度和强韧性。同时M6C相具有减磨作用,使得涂层摩擦系数逐渐降低,磨损失效形式由粘着磨损向磨粒磨损过渡。

基于PCA与RSM-DE算法的激光熔覆参数多目标优化

为获得激光熔覆Inconel 718粉末在Q690高强钢板上的最优熔覆工艺参数,设计响应曲面法中的BBD(Box-Benhnken Design)试验设计模型.构建输入变量(激光功率、扫描速度、送粉速率)与响应值(稀释率、热影响区深度、显微硬度)之间的数学模型,通过主成分分析法建立熔覆层综合评价指标,利用差分进化算法进行寻优,确定最优工艺参数.采用最优工艺参数进行试验验证,对其最优工艺参数下试件的宏观形貌与组织形态进行观察与分析,并与优选出的试件进行响应值比较.结果表明,最优工艺参数为激光功率1800 W、扫描速度28 mm/s、送粉速率1.9 r/min,该参数下获得的热影响区深度为294μm,稀释率为14.2%,显微硬度为276.6 HV0.5.最优工艺参数下的试件热影响区深度减小了6.8%,稀释率降低了24.7%,显微硬度增大了21.7%,且最优试件中的组织形态为较小的树枝晶与少量的胞状晶.

电磁场辅助激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术在装备制造、石油化工等领域有着广泛应用,但熔覆层裂纹、气孔和夹杂、溶质元素分布不均匀及表面起伏等问题严重制约了其应用。因而,提高熔覆层质量,特别是减少高硬材料熔覆层裂纹,对发展激光增材制造和再制造技术具有重要意义。电磁场辅助激光熔覆技术具有组合形式多样、工艺可控性强、作用效果显著等特点,通过在激光熔覆过程中施加电磁场,利用电磁力对熔池的搅拌作用改变传质传热过程,可以实现提高熔覆层质量、细化微观组织、改善性能的目的。在介绍电磁场辅助激光熔覆技术的应用背景及技术特点的基础上,系统总结了国内外关于电磁场辅助激光熔覆技术相关研究的最新进展。梳理概括了电磁场对激光熔覆过程的影响机制,讨论了电磁场对熔体运动行为和凝固过程的影响机理。电磁场对熔体运动行为的影响主要体现在电磁搅拌效应、电磁制动效应、热电磁流体效应、电迁移效应、趋肤效应等方面;对熔体凝固过程的影响主要体现在晶粒破碎作用、原子团起伏效应、焦耳热效应等方面。同时,详细分析了不同电磁场形式(单一磁场、单一电场及电磁复合场)对激光熔覆涂层组织和性能的影响,并对比分析了不同电磁场形式的优缺点和差异性。归纳了现阶段应用于电磁场辅助激光熔覆的涂层材料体系,包括铁基涂层、镍基涂层、钴基涂层及复合涂层,重点讨论了电磁场对各类涂层组织成分均匀化和析出相及强化相分布规律影响的内在机理。同时结合电-磁-超声多场耦合辅助激光熔覆技术的最新成果,阐述了电磁场和超声场的耦合作用对激光熔覆涂层的影响。最后对现阶段电磁场辅助激光熔覆技术存在的问题及未来发展方向进行了展望。

Inconel 718高温合金单层多道激光熔覆成形工艺优化

为提高镍基高温合金激光熔覆成形质量,采用正交试验法,分析Inconel 718高温合金在不同工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速率和搭接率)下,单层多道激光熔覆表面平整度和熔覆宽度的变化规律。结合综合评分法,得到成形质量最佳工艺条件为激光功率2100 W,扫描速度19 mm/s,送粉速率2 r/min,搭接率30%;其中,搭接率对熔覆层表面平整度和熔覆宽度的影响最大,送粉速率对表面平整度影响最小,激光功率对熔覆层宽度影响最小。

硬质颗粒对等离子熔覆碳化钨/多主元合金复合硬面涂层组织与耐磨性能的影响

采用等离子熔覆技术制备分别以铸造WC颗粒和烧结WC-Co球粒为硬质颗粒、以多主元合金为黏结相的2种硬面复合涂层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、摩擦实验等手段,研究不同硬质颗粒对硬面复合涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明:FeCrNi/WC-Co复合涂层中M6C的体积分数为20.1%,低于FeCrNi/WC复合涂层中M6C的体积分数(28.4%)。烧结WC-Co颗粒的热力学稳定性高,其WC的溶解程度低于铸造WC颗粒,可有效减少脆性M6C碳化物的析出。FeCrNi/WC-Co复合涂层的耐磨性能优于FeCrNi/WC涂层。FeCrNi/WC-Co涂层中较少的M6C相可避免涂层因脆性断裂而过早剥落,保证硬质相颗粒的完整性,提升硬面涂层的耐磨性能。

基于PSO的TC4钛合金铣削参数优化研究

针对航空发动机叶片修复过程中,损伤叶片在进行激光熔覆后需进行铣削加工来达到叶片表面具有较好的表面粗糙度的效果,采用3D增材制造后的TC4材料开展机理性实验。为使试验所选用TC4材料表面的加工质量和加工效率得以提升,确定TC4试件表面粗糙度为研究对象,借助Design-Expert软件设计正交试验,并在数控车床JDPVM600_A13SH上开展硬质合金刀具铣削试验,探究铣削参数(主轴转速、进给速度、切削深度)对表面粗糙度的影响。采用多元回归的方法建立TC4材料表面粗糙度与铣削参数之间的关系模型,进而以TC4材料表面粗糙度和加工效率作为优化目标构建多目标优化模型,并对试验铣削参数采用粒子群算法(PSO)进行优化。结果表明,采用粒子群算法优化后的铣削参数进行加工,TC4材料表面的粗糙度有所降低,加工效率也有所提升。

激光熔覆多道搭接成形及粉末利用率

针对曲面基体激光熔覆多道搭接成形质量及粉末有效利用率问题,采用响应面中心复合设计方法,构建工艺参数与响应输出之间的数学模型,分析工艺参数与多道搭接激光熔覆层平整度、稀释率和粉末利用率之间的影响关系,以获得多道搭接激光熔覆的最佳工艺参数。结果表明:平整度随着激光功率和气流量的增加而减小,随着扫描速度和搭接率的增加而增大;稀释率随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度的增加先减小后增大,随着搭接率的增加而减小;粉末利用率随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度和搭接率的增加而减小。以平整度大于0.75、稀释率为10%、粉末利用率最大为目标,并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测,得到最佳工艺参数为激光功率为1.800 kW、扫描速度为7.000 mm/s、气流量为10.000 NL/min、搭接率为22.744%。以最佳工艺参数制备的熔覆层的平整度、稀释率和粉末利用率与模型预测结果的误差分别为4.645%、3.332%和6.140%,证明了模型多目标优化的准确性。

激光熔覆技术数值模型的研究进展

激光熔覆是一种在工程中可广泛应用的增材制造技术,数值模拟是该技术的重要研究方法之一。通过数值模型可直观地理解高温熔池和粉末流的行为特性,为优化成型质量提供理论支持,而目前相关模型还未得到系统地研究。这里介绍了国内外研究机构在该领域开展的研究工作,主要包括传热、流体流动、传质、微观组织演化和应力应变的数值模型。阐述了熔池演化过程中多物理场对熔覆层的宏观形貌、微观结构和力学性能的耦合作用机理。系统地总结了建模中采用的数值模拟方法和对耦合现象的描述。讨论分析了目前存在的问题,对今后的工作提出了建议。

激光多层熔覆制备厚陶瓷涂层

研究了压片预置式激光多层熔覆纳米团聚体Al2O3-13%TiO2粉末制备厚陶瓷涂层,试验中通过保温箱对试样进行预热和缓冷处理、引入超声振动及对熔池温度闭环控制等措施来控制熔覆层的裂纹.结果表明,厚陶瓷涂层各层之间无明显界面,过渡缓和自然,涂层内部致密、连续、基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷;涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成,而且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区;另外由于经历激光的多次加热,下部区域的晶粒组织要大于上部区域,而由于保温箱的缘故,整个涂层晶粒偏大.

镁合金激光表面改性研究进展

综述了激光表面改性 (激光表面重熔、激光表面合金化、激光表面熔敷、激光多层熔敷 )的研究与应用。

多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟

分析了激光熔覆过程中温度场的主要影响因素,在主要考虑边界条件和热源数据的基础上,建立了送粉式激光熔覆多道搭接情况下温度场的有限元计算模型,并对板材上搭接三道熔覆层的熔覆温度场进行了三维数值模拟,得到了每道熔覆层上中心点的温度变化规律。结果表明,在激光熔覆过程中每道熔覆层中心点上的温度随时间延长呈锯齿状变化,且每个中心点所能达到的最高温度并不相同。此外,搭接情况下,熔覆层中心点每次升温前的最低温度是随着熔覆顺序的进行而逐渐升高的,且升高趋势类似于抛物线。此计算结果合理,为研究应力场和应变场的变化规律打下基础。

金属零件激光直接快速成形技术的研究(上)——国外篇

金属零件激光多层熔覆直接快速成形技术是目前快速成形领域的研究热点,本文系统介绍了国内外激光熔覆直接快速制造成形工艺的最新研究进展。研究表明,金属零件激光熔覆直接快速成形工艺具有常规制造方法无法比拟的优势,有着广阔的发展前景。

激光直接快速成形金属材料及零件的研究进展(上)——国外篇

基于激光熔覆的金属材料直接快速成形技术是目前快速成形领域的研究热点,本文系统介绍了国内外激光熔覆直接快速制造技术成形材料和零件的最新研究进展。研究表明,激光熔覆直接快速成形的金属零件的力学性能与常规加工方法制造出的零件相当,可以满足直接使用要求,具有广阔的发展前景。

激光多层熔覆纳米陶瓷层工艺参数优化

为了深入了解激光多层熔覆工艺与涂层性能之间的关系,采用压片预置式激光多层熔覆工艺制备了纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷层;通过3因素3水平正交试验分析了激光熔覆熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度对涂层结合强度的影响,并对激光熔覆工艺参数进行了优化;通过扫描电镜(SEM)和结合强度测试研究了最优工艺下所得涂层的形貌和性能。结果表明:影响涂层结合强度的因素主次顺序依次为熔池闭环控制温度、保温箱预热温度、超声振动频率;激光多层熔覆纳米Al2O3-13%TiO2涂层最佳工艺参数为熔池闭环控制温度2 500℃,超声振动频率50 kHz,保温箱预热温度400℃;优化工艺熔覆的涂层各层之间无明显界面,涂层内部致密、连续,基本无孔隙及贯穿性大裂纹,涂层结合强度明显提高,达66.3 MPa。