Microstructures of surface modification layer on Q235 steel produced by laser melt injection of WC

WC powder was injected onto the surface of Q235 steel by laser melt injection (LMI). The influence of process parameters was studied. The microstructure and composition of the coatings were analyzed by SEM, XRD and EDS. The hardness and wear-resistant property of the coatings and Q235 steel were measured. The results show that LMI layer can be achieved only under the condition that process parameters meet the strict requirements. By optimizing the process parameter, excellent coatings can be acquired by injecting WC powder onto the surface of Q235 steel. The microstructure in the coatings is complex, which consists of WC, W2C and M6C(Fe3W3C-Fe4W2C) phases. The difference of Fe3W3C microstructure in different zones of the coatings is obvious. Both the compositions of the reaction layers around the particle and dendrite precipitation carbides in the upper coating are Fe3W3C. The average hardness of LMI layer is above HV 900, which is about four times that of Q235 steel. The friction coefficient of LMI layer is only one quarter that of the substrate, which indicates that the wear resistance of the coatings is enhanced sharply.

Q235钢表面激光熔注WC涂层的微观组织及耐磨性

采用激光熔注技术对材料进行表面强化具有显著的优点.将WC陶瓷作为注入颗粒,在Q235钢表面制备激光熔注层.对激光熔注工艺进行了系统研究.利用SEM,EDS,XRD等手段分析熔注层的微观组织结构,对熔注层的硬度和耐磨性能进行了测试.结果表明,成功的激光熔注过程需要严格的工艺参数条件,采用优化的工艺参数时激光熔注WC表面层成形良好.熔注层主要由WC,W2C以及M6C(Fe3W3C-Fe4W2C)强化相组成,Fe3W3C分别以颗粒之间基体上的树枝晶和依附WC颗粒形成的反应层两种形态存在于熔注层中;熔注层平均硬度约为母材硬度的4倍,熔注层摩擦系数不超过基体的1/4,熔注层耐磨性良好.

激光熔注法制备WC_p/Ti-6Al-4V梯度复合材料层

以单晶WC陶瓷粉末(WC particles-WCp)作为增强颗粒,采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层。在对梯度复合材料层宏观特征和形成机制分析的基础上,采用XRD和SEM对复合材料层的微观组织结构进行了分析。结果表明,WC颗粒在复合材料层中分布比较均匀,而且在深度方向上梯度分布。复合材料层中形成了新相TiC和W2C。TiC的数量和尺寸在复合材料层不同区域存在较大差异。在复合材料层上部,TiC的数量较多而且尺寸较大;在复合材料层下部,TiC的数量和尺寸均明显减少。WC/Ti界面反应层由W2C和TiC两层组成,WC颗粒注入位置对反应层尺寸有很大影响,WC颗粒从熔池后部"拖尾"注入可以有效减小反应层尺寸。

激光熔注中增强相颗粒对晶粒生长影响的CA模拟

基于元胞自动机法,结合Moore型邻居定义和晶粒生长理论,建立了增强相颗粒SiC对镁合金激光熔注中表层316L不锈钢晶粒生长的影响模型,模型考虑了晶界迁移率和晶界能等因素,实现了不同增强相颗粒体积分数和颗粒尺寸对晶粒生长影响的计算机模拟。结果表明,所建立的模型能较好的模拟晶粒生长过程,所得晶粒生长指数为0.42;增强相颗粒体积分数含量越高,晶粒生长越慢,晶粒尺寸越小;增强相颗粒尺寸越小,晶粒生长的越慢,晶粒尺寸越小,组织越均匀。

激光熔注制备Al-Cr/7075Al梯度复合涂层的性能

采用激光熔注技术在7075铝合金表面制备了Al-Cr/7075Al梯度复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射(XRD)和显微硬度计等研究了复合涂层的微观结构、物相及显微硬度。结果表明:Al-Cr/7075Al梯度复合涂层与基板结合良好,无裂纹、孔隙等明显缺陷;复合涂层的表面硬度为324.2 HV0.2,是7075铝合金基体的2.28倍,涂层的硬度分布沿熔池深度方向逐渐递减,呈梯度分布;复合涂层中的增强体是由Al0.983Cr0.017、Al86Cr14、AlCr2、和Cr等混合组成,受熔池温度、熔液黏度等影响,增强体含量沿熔池深度方向逐渐减少,也呈梯度分布;Al、Cr之间的反应机理为液-固反应、固-固反应2种;复合涂层的强化机制主要是增强体承载、界面传载和位错强化。

增强相颗粒对激光熔注凝固组织影响的相场法研究

采用相场法对激光熔注凝固过程微观组织进行模拟,研究了增强相颗粒对凝固过程晶粒生长的影响。结果表明,增强相颗粒对晶界具有很强的钉扎作用。随着增强相颗粒含量的增大,钉扎效果变明显,平均晶粒半径减小。采用相场法得到极限晶粒半径与颗粒半径的比值和颗粒含量的关系,其拟合指数为-0.3804。建立的相场模型能反映增强相颗粒对晶粒生长动力学的作用。模拟获得的微观组织结构与激光熔注Si C/316L复合涂层的实验结果相吻合。

激光选区熔化成形注塑模具钢AISI 420与S136的组织及力学性能研究

采用激光选区熔化(SLM)技术分别成形注塑模具钢AISI 420和S136,对两种钢的相组成、微观组织、显微硬度、抗拉强度和摩擦磨损性进行了研究。结果表明:SLM成形AISI 420比S136具有更高的强度和伸长率,其强度和伸长率分别为:1234.13 MPa、14.63%,642.89 MPa、9.76%;得益于S136较高的C含量,在激光加工的快速冷却作用下S136比AISI 420更易产生马氏体,因此拥有更高的硬度和较低的磨损率,S136和AISI 420的硬度和磨损率分别为589 HV3、3.2803×10^(-5)mm^3·N^(-1)·m^(-1),493.78 HV3、4.1239×10^(-5)mm^3·N^(-1)·m^(-1)。

激光熔注氧化铈改性铝硅涂层的工艺优化及微观组织

采用粉末共渗法在镍基高温合金表面获得约为280μm厚的铝硅涂层,以纳米氧化铈含胶浆料作为中间体在铝硅涂层表面形成透光预置层后进行激光熔注试验,获得稀土改性的铝硅涂层。以熔深偏离量和缺陷等级为指标对激光工艺参数进行了优化,并采用OM、SEM、EDS及ToupView软件等对比分析了改性前后铝硅涂层的微观组织。结果表明:本文试验条件下,最优的工艺参数为150 W的激光功率、1000 mm·min^(-1)的扫描速度、20 mm的离焦量。在此参数条件下获得的涂层结构,由改性前的3层转变为两层,即基底上分布着"花朵状"细小组织的改性外层和效果增强的扩散障内层。

激光熔注制备纳米团聚颗粒增强ZrO_2/Ti6Al4V复合材料层的微观组织

采用激光熔注技术在Ti6Al4V表面制备了纳米团聚ZrO_2陶瓷颗粒增强ZrO_2/Ti6Al4V功能复合材料层,采用金相显微镜以及扫描电镜对激光熔注层的微观组织以及纳米结构ZrO_2陶瓷颗粒的形态演变进行了观察与分析。结果表明,在合适的工艺参数条件下,可获得成形良好的激光熔注层,ZrO_2颗粒分布于整个熔注层中并达到熔池底部。熔注层的平均深度为0.5mm。在熔注层顶部ZrO_2陶瓷颗粒基本保持原始形态。随着进入深度的增加,纳米团聚ZrO_2颗粒逐步发生离散分解。熔注层中ZrO_2陶瓷颗粒与金属基体之间形成了良好的冶金结合。

激光熔注技术研究现状及其发展

介绍了激光熔注技术的发展历程,阐述了激光熔注过程中激光器的种类、增强相的选择、工艺特点、工艺参数和复合层材料的微观组织特性。讨论了激光熔注技术存在的主要问题和发展前景。

激光功率对Cr-Al/7075梯度复合材料层的影响

为了对7075铝合金进行表面强化,采用激光熔注技术,以氩气同轴送粉的方式注入Cr-Al粉末,制备了Cr-Al/7075梯度复合材料层。采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察熔注层的宏观形貌和微观结构,用X-射线衍射(XRD)进行物相分析,并测试了显微硬度。探索激光功率对复合材料层的影响。结果表明:通过激光熔注的方法制备了Cr-Al/7075复合材料层,增强颗粒沿熔池深度方向呈梯度分布,与其显微硬度分布一致。随着激光功率提高,复合材料层的宽度和厚度增加,增强体含量增加,Cr-Al反应生成物的种类和含量也逐渐增多。增强体的含量以及与基体的界面反应程度都会对硬度造成影响,当功率为1.4 kW时,复合材料层的表面硬度最大,为427.5HV0.2,是7075铝合金基体的3.01倍,此为最佳功率。7075铝合金表面得以强化的主要原因是增强体承载。

稳态磁场对激光熔注尖角WC涂层颗粒分布及显微组织的影响

目的研究稳态磁场对激光熔注尖角WC涂层中WC颗粒分布及涂层显微组织的影响。方法利用稳态磁场辅助激光熔注技术,在316L不锈钢基板上制备了WC/316L复合涂层。采用光学显微镜(OM)对涂层横截面形貌进行分析,采用扫描电镜(SEM)观察涂层显微组织结构和特征,采用能谱仪(EDS)对涂层元素分布进行分析,采用维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测定。结果未施加稳态磁场的涂层中WC颗粒均匀分布,涂层主要由鱼骨状的共晶组织组成,在涂层的顶部出现了十字花状的过共晶组织。施加稳态磁场后,涂层横截面形貌发生明显改变,涂层深度减小,宽度增大,WC颗粒主要分布在涂层底部。涂层顶部由细长的树枝状组织组成;在涂层中部,树枝状组织变短变粗;在涂层底部,转变为大量的十字花状组织。施加稳态磁场后,涂层的平均显微硬度由未加磁场时的394 HV0.3提高到478 HV0.3。结论稳态磁场能有效作用于熔池,通过抑制熔池的流动来改变WC颗粒的受力状况以及熔池的传热、传质情况,最终改变熔池中WC颗粒的分布状态和涂层的显微组织。

铁路轨道部件注塑模具随形冷却流道的增材制造工艺参数优化

梳理了注塑模具的研究现状并设计了铁路轨道高分子材料部件模具的随形冷却流道。采用选区激光熔化技术完成随形冷却流道的增材制造和无支撑流道的工艺参数优化,当下表面填充的激光速度为2 000 mm/s、激光功率为120 W,下表面轮廓的激光速度为800 mm/s、激光功率为150 W时,能够提升流道内壁的成型效果和表面质量。通过对随形冷却流道的尺寸精度检测及力学性能试验,流道位置精度可达99%,直径精度可达98%,圆度为0.089 mm,平行于基板方向的抗拉强度为1 270 MPa,垂直于基板方向抗拉强度为1 040 MPa,硬度平均值为39.2 HRC。铁路轨道部件注塑模具随形冷却流道的尺寸精度及强度满足要求,可用于模具后续研究。

带随形冷却管道的注塑模具SLM成型工艺参数组合优化

选择性激光熔化技术SLM是增材制造技术中的一种,不需要黏合剂,一般用于加工注塑类模具。文章采用正交试验法,对带有随形冷却管道的注塑模具型腔进行工艺参数组合优化。试验主要利用simufact additive软件对成型制件的聚焦光斑直径、激光功率和扫描速度进行模拟分析,得出的打印型腔的最佳组合工艺参数是聚焦光斑直径300μm、激光功率500 W、扫描速度5 000 mm/s。其中,聚焦光斑直径对成型模具的影响最大。

船用柴油机注油枪的选区激光熔融技术应用

对某船用柴油机中高压燃油注油枪组件进行一体化结构设计,并运用选区激光熔融这种增材制造技术实现一体化成形,将化学成分与加工工艺优化后的优质钴铬钼合金粉末作为成形原材料,可解决传统加工方法中模具加工周期长、工序繁琐、组件数量较多导致的装配困难和总精度差的技术瓶颈,在提高组件的生产效率和加工精度的同时,产品力学性能也能达到铸锻件标准。

激光熔注法制备WC颗粒增强金属基复合材料层

采用激光熔注(LMI)技术在Q235钢表面制备WC颗粒增强的金属基复合材料(MMC)层。在激光熔注工艺特性和熔注层宏观特征分析的基础上,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对激光熔注层微观组织结构进行了分析。结果表明,WC颗粒注入到熔池的整个深度和宽度范围内,并且在熔注层中的分布比较均匀。WC颗粒的加入改变了熔池的化学成分,熔注层中出现了新相Fe3W3C。在熔注层上部存在较多Fe3W3C枝晶和少量枝晶间共晶,在熔注层下部枝晶数量减少,共晶数量明显增多。激光熔注层中不同WC颗粒周围反应层的尺寸和形貌存在很大差别。WC颗粒注入位置是决定反应层尺寸的重要因素。

激光熔注WC_p/Ti-6Al-4V梯度复合材料层形成机制

采用激光熔注(LMI)技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料(MMC)层,对其形成机制进行了研究。研究结果表明,WC颗粒在复合材料层中的分布与其初始速度v0、穿越熔池表面最小临界速度vmin以及熔池粘度η有关。由于WC陶瓷颗粒密度大,在激光熔注过程中具有较高的动能,熔池粘度不再是决定梯度复合材料层形成的关键因素。对于WC/Ti材料体系,熔池凝固前沿是形成WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层的重要因素,复合材料层不同深度范围内WC颗粒的数量由这一深度熔池凝固前沿长度所决定。WC颗粒注入位置对其在复合材料层中的分布有很大影响。在WC颗粒由熔池后部"拖尾"注入的情况下,该区域熔池深度较浅,WC颗粒遇到的熔池凝固前沿位于较高的位置,大多数WC颗粒被"冻结"在复合材料层的上部,进而形成了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层。

Al合金表面激光-钨极氩弧复合熔注WC颗粒研究

针对铝合金激光熔注（LMI）工艺过程中对激光反射率高、表面存在氧化膜且导热率高等主要问题，开发了激光-钨极氩弧（TIG）复合熔注工艺。研究了激光-TIG复合方式，送粉方式，送粉载气流，TIG保护气流，激光功率，TIG电流等工艺参数的影响。研究发现，为实现有效的熔注强化效果，应选择后送粉方式；熔注层深度随TIG电流增加单调增加，随激光功率增加熔注层深度呈先增后降。送粉载气和TIG保护气相互匹配，是影响熔注工艺的关键因素。通过工艺参数匹配和优化，成功制备了WCp／Al表面复合材料层。熔注层厚度为0．5～4．3mm，深度可根据需要通过合理调节工艺参数来控制。

单晶颗粒增强WC_p/Ti-6Al-4V梯度复合材料层微观断裂行为

采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了单晶颗粒增强的WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层。利用扫描电镜原位拉伸试验,观察复合材料层裂纹形成、扩展的动态过程,研究其微观断裂行为。结果表明,WCp/Ti-6Al-4V复合材料层的失效机制主要有两种:WC颗粒开裂和WCp/Ti界面开裂。WC颗粒开裂是主要失效形式,WCp/Ti界面开裂的比例相对较少,而且主要发生在较高的应变情况下。激光熔注条件下形成的规则胞状反应层有利于应力由基体传向增强颗粒。在拉伸过程中,WC颗粒内部应力由最初的压应力逐渐变为拉应力。WC颗粒内部拉应力的极大值可达2000MPa,高于单晶WC陶瓷的抗拉强度。

非均匀温度场激光熔注复合涂层晶粒生长模拟

采用元胞自动机法和有限元法,将宏观温度场与微观晶粒生长相耦合,建立了激光熔注316L复合涂层晶粒生长模型,研究了非均匀温度场条件下复合涂层的晶粒生长,及增强相颗粒体积分数和颗粒尺寸对晶粒生长的影响。结果表明:激光熔注复合涂层晶粒大小分布随熔池深度方向变化而变化,熔池表面呈细小的等轴晶,熔池底部晶粒粗大;增强相颗粒体积分数含量越高,晶粒生长越慢,晶粒尺寸越小;增强相颗粒尺寸越小,晶粒生长的越慢,晶粒尺寸越小,组织越均匀。