激光增材制造Co基合金与VC的功能梯度结构

用纤维激光和同轴送粉系统在SUS304不锈钢的表面制备了钴基合金(Stellite-6)和碳化钒(VC)混合粉末的激光熔覆层。实验中,分别采用了各层成分相同、各层成分不同的功能性分级熔覆工艺,并比较研究了两种熔覆工艺熔覆层的裂纹敏感性、微观结构特性和特性。结果表明,与普通熔覆层相比,功能性评分的熔覆层具有较低的裂纹敏感性,在组成、微观结构和特性基本相同的情况下,可以有效地防止裂纹。此外,Stellite-6+VC混合合金粉末包层的微观结构可以根据不同VC含量分为降血糖结构和超结构。

激光与等离子增材制造镍基合金的性能

为了提高核电装置阀门主体(SUS316LN不锈钢制)的性能,利用CO2激光和等离子体表面化,在SUS316LN不锈钢上构建了基于镍的合金粉末。用激光显微镜、扫描电镜(SEM)、x射线衍射(XRD)、电子探针显微分析(EPMA)和能量色散光谱法(EDS)分析了表面层的微结构和特性。结果表明,堆焊层属于过共晶组织;初晶相由硼化物(CrB)和碳化物(Cr7C3)组成,而共晶组织由富Ni奥氏体(γ-Ni)+CrB或富Ni奥氏体(γ-Ni)+Cr7C3组成;与等离子堆焊相比,CO2激光堆焊层具有更高的耐磨性能、细小的晶粒组织、低的稀释率和高的堆焊效率。

SUS403不锈钢叶片激光增材制造的性能

为了有效提高蒸汽发生器叶片(不锈钢SUS403)的耐磨性和抗气蚀性,采用了4,0kW光学传输半导体激光器表面系统,在SUS403不锈钢叶片上出现了钴基粉末(stellie 6 #)。采用光学显微镜、SEM、EDS、XRD、显微硬度计和磨损测试仪等研究了激光熔复的最佳参数,确定了激光熔复的最佳组织、相组成、微区成分、维氏硬度和耐磨性能。分析结果表明,表面层的微观结构为低渗结构,其主要晶相由co富γ奥氏体组成,而共晶结构由co富γ奥氏体和络合碳化物组成。出现后,圆盘的寿命将增加三倍以上。

激光沉积与热轧复合制造TC4钛合金组织性能的研究

采用激光沉积与热轧复合制造钛合金零部件,可在有效提高原材料利用率的同时,提高整体零部件的生产效率。基于激光同轴送粉技术在TC4热轧态板材上沉积制造TC4钛合金零部件,通过体视显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度测试仪以及万能试验机对TC4试件进行微观组织观察与力学性能分析。结果表明,复合制造的TC4试件中存在热轧板材区、结合区域以及沉积制造区域,其中热轧板材区与结合区域主要由等轴晶组成,沉积制造区域则由外延生长的柱状晶构成。结合区域的维氏硬度约为375 HV,略高于热轧板材区(340 HV)与沉积制造区(355 HV)。复合制造拉伸试件在垂直沉积方向的抗拉性能(1029 MPa)优于平行沉积方向(955 MPa),而平行沉积方向的延伸率(19.8%)优于垂直沉积方向(12.0%)。

电弧增材制造5356铝合金的组织与性能研究

采用电弧增材制造工艺制备了5356铝合金成形试样。通过观察合金微观组织及对拉伸性能研究发现,电弧增材制造5356铝合金成形质量良好、冶金结合优良,气孔率为0.38%优于大多数焊接样品,未出现较大缺陷;试样显微组织主要由α(Al)基体和弥散强化相β(Al3Mg2)组成,在沉积态试样中由于非平衡凝固造成合金元素偏析和富集,经420℃/18 h均匀化退火处理元素分布均匀性得到改善;沉积态试样在不同方向取样试样中平均抗拉强度分别为267,277 MPa,均能达到AWSA5.01/A5.10标准规定值,均匀化退火后增材制造5356铝合金的强韧性同时得到提高,远远超过5356铝合金的焊接性能,元素均匀化及β相的弥散析出是均匀化处理试样性能改善的主要原因;室温拉伸试样的断口位置出现明显颈缩;沉积态断口表面较为平缓,均匀化退火后断口表面出现明显起伏;断口表面分布有细小且均匀的韧窝,且均匀化退火后韧窝更为细小。

激光焊接核电用CLF-1钢的组织与性能

为了提高CLF-1钢的焊接质量,采用激光焊接技术获得了成形良好且无冶金缺陷的对接焊缝,研究了焊态与PWHT态下的焊缝组织和力学性能.结果表明:焊缝组织均由大量马氏体及少量δ-铁素体组成;焊态下有微量针状碳化物析出,PWHT态下析出的点状碳化物分布在δ-铁素体边界与板条马氏体内部;与焊态相比,PWHT态焊缝抗拉强度降低,而屈服强度、伸长率和断面收缩率均提高,维氏硬度均值降低;拉伸试样均断裂于远离焊接接头的母材处;由于δ-铁素体的存在,焊态和PWHT态焊缝冲击功均低于母材.

激光3D打印工艺对钛合金质量的影响

为了解决传统锻造方法锻造TC4钛合金时容易造成的生产效率低且锻造形状简单等问题,对TC4钛合金进行了激光3D打印,并确定了最佳激光3D打印工艺参数.利用金相显微镜和扫描电子显微镜对TC4钛合金单道打印层的成形质量、显微组织与相组成进行了分析.利用显微维氏硬度计和万能拉伸试验机测量了打印层的硬度和拉伸力学性能.结果表明,在最佳工艺参数下TC4钛合金打印成形良好,其打印层组织主要由片层状α固溶体组成.打印层的Z向拉伸强度指标低于XY向,而Z向拉伸塑性指标高于XY向,且Z向强度和塑性指标均超越了TC4锻件国家标准(GB/T 25137-2010).同时Z向和XY向拉伸断口形貌均为塑性断口.

激光熔覆铁基复合涂层组织与性能影响

目的在45#钢基体表面制备耐磨性优于基材的梯度涂层。方法采用激光熔覆技术在基材上制备连接层后,分别用未添加WC颗粒、添加3%和5%WC颗粒的铁基合金粉末制备耐磨涂层。通过金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),研究了涂层的微观结构。通过维氏显微硬度计和M-2000磨损试验机,研究了涂层的力学性能。结果获得的涂层致密,没有裂纹和气孔等缺陷,涂层内部WC清晰可见。连接层与基材具有良好的冶金结合,涂层组织主要有等轴组织、柱状组织和共晶组织。耐磨层物相组成为奥氏体(γ-Fe)、γ(Fe,Ni)固溶体和Fe-Ni-Cr固溶体。涂层表面的显微硬度最高为559HV1,比基材硬度(182HV1)提升了3倍多。随着WC含量的增加,涂层的磨损量显著下降。结论基材与连接层有沿基体表面生长的平面晶,涂层内部为柱状晶、树枝晶和共晶等组织,涂层顶部多为细小的等轴晶。加入WC,涂层的显微硬度提高不明显,但WC周围的组织细化,显微硬度提高。无WC的涂层磨损机理主要为粘着磨损;3%WC的涂层磨损较轻,磨损仍以粘着磨损为主;5%WC的耐磨层磨损最轻,磨损机理为磨粒磨损,WC的加入明显提高了涂层的耐磨性。

数值模拟雾化气压对GH4169合金粉末粒径的影响

针对工艺参数与高温合金雾化粉末粒径间的复杂联系,采用ANSYS-Fluent数值模拟GH4169高温合金真空感应气雾化(VIGA)制粉过程中液滴的破碎行为,分析了雾化气压对金属熔体雾化过程和粉末粒度分布的影响.结果表明:一次雾化过程的带状液膜厚度和液滴面积逐渐减小;二次雾化对熔体的破碎作用逐渐增强,雾化所得粉末粒径越来越细小,中位径从81. 10μm减小到69. 80,64. 77,52. 30,41. 80μm;细粉收得率逐渐提高,由1. 72%提高到12. 62%,18. 89%,56. 50%,71. 54%.

Cr5支承辊接触疲劳损伤及其次表层组织变化

针对支承辊使用过程中的疲劳失效现象,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、显微压痕仪和X射线应力仪等对滚动接触疲劳前后Cr5支承辊钢次表层组织进行了研究.结果表明,支承辊在交变接触应力作用下发生接触疲劳损伤,疲劳损伤最大值位于距表面约400μm的支承辊次表层.疲劳损伤引起支承辊次表层硬度升高,残余应力减小,耐腐蚀性增强.疲劳硬化层微观组织发生破碎,位错密度升高.在接触应力不变的情况下,支承辊滚动接触疲劳损伤程度随着寿命比例的增加而增大.

激光与电弧堆焊钴基合金的性能比较

为了提高马氏体不锈钢汽轮机叶片的性能,采用钕钇铝石榴石激光、CO2激光、半导体激光和钨极氩弧焊在12%铬马氏体不锈钢表面沉积钴基合金粉末。与钨极氩弧焊堆焊相比,激光堆焊具有稀释比小、组织细、热影响区窄、维氏硬度高、耐磨性好、钴含量高、铁含量低的特点。对堆焊层的形状、稀释比、维氏硬度、DAS值、显微组织和耐磨性进行了研究,并比较了不同堆焊方法的特点。

Nb元素对3D打印TC4钛合金的组织性能影响

目前TC4钛合金增材制造结构件性能要达到锻件标准要求,往往通过热处理得以实现。本研究试图通过合金元素Nb的添加,使TC4钛合金增材制造结构件在沉积态性能达到锻件标准。本文通过激光同轴送粉增材制造技术制备了TC4与TC4+Nb沉积态样件,研究了Nb对TC4沉积态显微组织、相组成及力学性能的影响规律。结果表明,TC4与TC4+Nb沉积态的组织均由大量α-Ti及少量β-Ti构成。与TC4沉积态比较,TC4+Nb沉积态的原始β-Ti晶粒平均晶粒尺寸明显减小;TC4+Nb沉积态初生针状α-Ti尺寸减小了约2.1倍;网篮组织面积占比提高了约1.2倍,TC4+Nb沉积态网篮组织中α+β晶界组织面积占比提高了5.1倍,同时网篮组织得到明显细化。TC4+Nb沉积态样件的抗拉强度约为1069.7MPa、屈服强度约为890.72MPa、伸长率约为12.3%及断面收缩率约为29.8%。

激光定向沉积Ni基合金与WC混合粉末的组织

激光熔覆技术是一项世界领先的工业零件机械加工与修复中的表面改性技术,为改善矿山中机械零件的耐磨性与使用性能,通过激光熔覆技术在45#钢基础上,生产了Ni基合金和WC粉末的复合涂层,同时深入研究了涂料中WC粒子的分布情况,并对WC粒子与Ni基合金涂层的组成与硬度关系开展了深入研究。结果表明,合理的工艺技术参数能够使WC粒子均匀分布,与基体融合紧密,并维持原始形态,熔包层与基体产生冶金结合,在熔融组合线周围产生亚共晶组织。而初生碳化钨的基本形态则是珊瑚状、等长轴形、柱状和交叉晶体,激光熔包层的硬度约为45#钢的五倍以上。

激光3D打印Co基合金+WC混合粉末的性能

利用CO2激光堆焊系统,采用普通多层堆焊和功能梯度多层堆焊技术,在低碳钢表面制备了Co基合金与WC合金(0%~47%WC)。利用X射线衍射仪、元素组成能谱仪、SEM、激光显微镜和耐磨性测试仪,对比分析了堆焊层的相结构组织、显微组织及裂纹敏感性。试验结果表明,两种堆焊法堆焊层均为亚共晶组织,且未溶解WC分布于钴基合金基体上;两种堆焊方法的堆焊层耐磨性基本相同;功能梯度多层堆焊法对裂纹敏感性较低。

成分梯度对激光沉积制造TC4/TC11连接界面组织和性能的影响

通过对不同成分梯度激光沉积TC4/TC11钛合金试样沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口、室温耐磨性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4/TC11钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。结果表明,当固溶时效热处理温度升高至970℃时,TC4/TC11钛合金显微组织中α板条的长宽比更小,其中球状α相和短棒状α相数目明显增多,且具有3层过渡区的显微组织更为均匀有序,过渡界面基本消失;不同成分梯度的固溶时效态试样的强度和塑性随着过渡层数的增加而增加;过渡层为1层和3层试样的摩擦系数曲线相似,过渡层为0层试样的摩擦系数较小,且不同成分梯度的固溶时效态试样磨损机理均主要为剥层磨损和黏着磨损;不同成分梯度试样的硬度排序为:沉积态<去应力退火态<固溶时效态。

14 mm厚EH36高强钢光纤激光-MAG复合焊工艺及接头组织性能

利用光纤激光-MAG复合焊工艺焊接了14 mm厚的EH36高强钢,研究了激光功率、焊接速度和焊接电流对焊缝成形的影响,并分析了优化工艺下焊接接头的组织和性能。结果表明,随着激光功率的增大,焊缝的熔深增大,熔宽基本不变;随着焊接速率的增大,焊缝的熔宽减小;随着焊接电流的增大,焊缝的熔宽基本不变。最佳焊接工艺下得到的焊缝成形良好且无焊接缺陷存在;焊缝及热影响区的组织主要由板条马氏体组成;焊缝金属的硬度大于母材的;拉伸试样断裂位置在母材;焊缝横向侧弯试验后,拉伸面没有出现裂纹;焊缝冲击试样断面为准解理断口形貌。