基于微束等离子熔覆的直接金属快速成形系统设计

金属零件直接制造技术目前已成为快速成形技术的研究热点和重要发展方向。提出一种基于微束等离子熔覆工艺的直接金属成形方法,介绍该方法的工作原理和系统构成,设计并开发基于等离子熔覆的金属零件直接制造软、硬件系统,并采用该系统进行中空零件成形实验。实验结果表明,并采用微束等离子熔覆直接制造系统可以得到成形良好、组织细密的金属零件。

基于微束等离子熔覆技术的电动机轴颈修复工艺

用微束等离子弧热源在磨损表面制备了NiCrBSi熔覆层,实现了大磨损量的电动机轴颈的修复。为了表征修复效果,对熔覆层的微观组织、显微硬度和相对耐磨性进行了测试,结果表明,其微观组织多为等轴晶,在结合面位置有少量的枝晶,熔覆层且和基体结合比较紧密,界面分明,形成了较好的冶金结合。熔覆层的显微硬度较高,表明微束等离子熔覆技术可实现大磨损量轴颈的修复,修复表面组织细密、硬度较高,且具有较高的耐磨性。

18Cr2Ni4WA钢表面微束等离子熔覆Ni60合金层的性能

过去,对飞机襟翼作动筒活塞磨损表面修复的研究较少。利用微束等离子弧热源在18Cr2Ni4WA基体表面制备了Ni60熔覆层,研究了熔覆层的形貌、成分、相结构、显微硬度、相对耐磨性及耐腐蚀性能。结果表明:熔覆层中有大量等轴晶,当熔覆扫描速度增加时枝状晶和柱状晶增多,熔覆层均匀、致密;熔覆层主要由γ-Ni,Ni3B,Cr21.34Fe1.66C6和Cr2B3相组成,扫描速度较低时还出现了γ-Fe相;熔覆层的硬度随扫描速度的增加先增加后减小;18Cr2Ni4WA基体经微束等离子熔覆处理后,耐磨性和耐腐蚀性能提高。

Al含量对微束等离子熔覆Fe25合金组织和性能的影响

采用微束等离子熔覆技术,在Q235钢基板上制备出一定Al含量的Fe25铁基合金覆层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、显微硬度计、高温氧化试验研究了覆层的组织、硬度和高温抗氧化性能。结果表明,随着Al的加入(0~6wt%),Fe25合金覆层的凝固形态发生显著改变,基体相由奥氏体转化为铁素体,出现初生δ铁素体及碳硼化物相,最终覆层呈现铁素体和粒状贝氏体相结构。随着Al含量的增加,覆层显微硬度先升后降。4wt%Al的覆层2层平均硬度为618 HV0.2,比纯Fe25覆层提高286 HV0.2。随着Al含量的增加,由于Al原子的溶入和生成金属间化合物Fe_2AlCr、Fe_3Al,以及形成更致密的氧化膜,Fe25合金覆层的高温抗氧化性显著增强。

微束等离子粉末熔覆金属零件直接快速成形研究

对微束等离子熔覆金属零件直接快速成形技术进行了初步研究。构建了该成形系统的软、硬件实施。利用该系统制造了一个由80层熔覆层堆积而成的简单空心筒状零件,其直径误差小于5%,高度和垂直度误差小于2%。对成形件的组织分析表明,成形件中部典型组织表现为短小枝晶,层与层结合处可看到明显的组织分界,结合处组织向等轴晶转变。熔覆率为132 g/h,粉末利用率为85%～90%。硬度测试表明,成形件硬度主要分布在200～260 HV,上部和底部硬度值略高于中部,硬度值为260～320 HV。

基于等离子熔覆快速成形零件的组织与性能

为了采用微束等离子弧粉末熔覆快速成形技术,在低碳钢基板上进行了铁基合金粉末Fe313的直接金属成形试验.通过光学金相显微镜和扫描电镜观察分析了成形金属零件显微组织和形貌,并利用维氏硬度计测试了熔覆层的显微硬度.结果表明,成形件中部典型组织表现为岛状的M-A组元,层与层结合处可看到明显的组织分界,先成形层受到后成形层的热影响,会引起晶粒细化,成形件硬度沿高度呈U形分布,中间熔覆层由于后道焊缝的回火作用而有所软化,导致硬度降低.

多元合金加入对Fe65粉末等离子熔覆层组织和性能的影响

采用微束等离子熔覆方法,在H13钢基体上制备了以自熔性合金粉末Fe65为基础成分、添加适量Al、W、V的正交实验熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、高温回火性能和高温氧化性能。结果表明,正交实验熔覆层的显微组织中,奥氏体晶粒细小,短针状FeAl和Fe3Al金属间化合物沿晶分布,Cr7C3、WC、VC等碳化物呈枝晶分布,马氏体消失;与熔覆层后的空冷相比,经700℃高温回火后,正交组熔覆层的硬度提高,8H（Fe65-12%Al-4%W-1%V）熔覆层的硬度增加显著,抗高温回火性能最优,而参照组Fe65粉末覆层硬度明显下降,H13钢硬度则较低。在700℃高温氧化试验中,加入适量Al的正交组熔覆层的抗高温氧化性能大大优于Fe65粉末覆层及H13钢,其中8H覆层的氧化增重仅分别为Fe65粉末覆层、H13钢的32%及8.5%,表现出优异的高温抗氧化性能。

电站设备转子轴颈等离子弧增材修复的组织与性能

针对电站设备转子轴颈的现场修复要求,采用微束等离子熔覆技术,在20Cr2NiMo材料表面实现了不预热单层多道增材熔覆316L合金,分析了熔覆层与热影响区的组织、硬度、化学成分和力学性能.结果表明,熔覆层与基材完全冶金结合,熔覆层与热影响区无裂纹等缺陷;316L熔覆层组织为奥氏体+δ铁素体,一次热影响区可分为脱碳区、粗晶区、细晶区、混晶区,且粗晶区因二次热循环而粗化、细化与软化.316L熔覆层硬度与基材相差小,一次粗晶区硬度最高,但二次粗晶区硬度在476 HV0.3以下,热影响区宽度约为2.5 mm;热影响区抗剪强度高于基材,但基材塑性更好.

利用JMatPro软件进行合金覆层成分设计及回火工艺制定

利用JMatPro软件对合金覆层进行计算,模拟分析了不同回火状态下合金覆层内部相组成成分的变化情况与碳化物颗粒的析出情况,预测了合金覆层的相关性能;采用微束等离子熔覆加工方法,在H13钢基体上熔覆制备了合金覆层,研究分析了合金覆层回火前后的组织形态、物相组成、元素分布和显微硬度变化。结果表明,对合金覆层进行200℃回火2 h,合金覆层内部组织结构、物相组成与回火前相比无明显变化,显微硬度也无明显变化(463 Hv_(0.1));经400℃回火2 h后,合金覆层组织内部开始有少量MC型特殊碳化物析出,晶界周围逐渐呈现不连续的网状分布,一定程度上提升了覆层的显微硬度(512 Hv_(0.1));经600℃回火2 h后,合金覆层组织内部析出大量MC、M2C型特殊碳化物,之前不连续的网状分布发展为连续、密集的蛛网状分布,合金覆层内部整体呈现出更为细小、均匀的组织形态,覆层硬度提升约25.88%,达到569 Hv_(0.1)。