机械振动辅助激光熔覆铁基合金涂层的凝固机理及其组织演变

发布时间：2017-07-31 02:24

  本文关键词：机械振动辅助激光熔覆铁基合金涂层的凝固机理及其组织演变

  更多相关文章： 激光熔覆 机械振动 显微组织 显微硬度 力学效应 沉积角

【摘要】：激光熔覆作为材料表面改性的重要手段之一,也是增材制造技术重要分支。由于熔覆层开裂是阻碍激光熔覆技术推广应用的重要原因,国内外材料工作者投入了大量的精力对其进行研究,并取得了一些研究成果。本文利用机械振动辅助激光熔覆新技术在45钢表面制备铁基合金涂层,通过对复合技术所制备涂层的宏观形貌、凝固显微组织、涂层裂纹、显微硬度的分析,探讨了机械振动作用下激光熔覆铁基合金涂层的凝固机理及其组织演变。以期为Fe基合金表面制备无气孔无裂纹功能复合涂层提供一条新的技术途径,也为扩大激光熔覆表面改性技术在Fe基合金等结构材料的性能优化和进一步工业应用方面提供理论依据。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了熔覆层的物相组成、微观结构和元素分布,通过HVS-1000型显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度。研究了机械振动辅助激光熔覆铁基合金涂层的凝固显微组织特征。机械振动辅助作用下的熔覆层结合界面处组织由平面晶向带状和柱状晶转变,振幅为0.13-0.18 mm时的晶粒细化效果最为明显。机械振动下的熔覆层中增强相形态随着频率的增加由短杆状向颗粒状、层状、条状转变,分布形态由杂乱分布向弥散分布和网状分布转变。熔覆层中显微组织形态及其分布受振幅和频率协同作用的影响。熔覆层主要由α-(Fe,Cr)固溶体、M7C3(M=Fe,Cr)碳化物、Fe2B硼化物和少量Fe0.9Si0.1组成。加载机械振动后衍射峰变宽,晶粒完整性得到提高,结合金相图可以看出晶粒细化,同时熔覆层气孔基本消失、裂纹减少,开裂倾向降低。机械振动对激光熔覆熔池的力学效应,机械振动对熔体局部会产生脉动流,其带来一个周期性循环作用于二次枝晶的一个力。作用在二次枝晶的合力与振幅A和频率f都有关,振幅A的影响更大。只有当振幅A和频率f相协调,细化晶粒效果最佳。在涂层表面宏观形貌方面,机械振动作用下激光熔覆层的沉积角大于无机械振动的涂层。在相同激光比能和振幅条件下,频率200 Hz比频率100 Hz的沉积角大,且在振幅为0.10 mm时沉积角最小。机械振动辅助作用下的熔覆层平均显微硬度高于未加机械振动熔覆层110HV0.2左右,提高了13.9%。熔覆层硬度从底部、中部到顶部依次递增,最高硬度在涂层顶部达到1100HV0.2。振幅A和频率f存在协同作用影响熔覆层晶粒大小和增强相分布形态从而影响熔覆层显微硬度。
【关键词】：激光熔覆 机械振动 显微组织 显微硬度 力学效应 沉积角
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 激光表面改性技术12-13
• 1.2 激光熔覆技术及其应用13-18
• 1.2.1 激光熔覆技术13-16
• 1.2.2 激光熔覆技术的应用16-17
• 1.2.3 激光熔覆技术存在的问题17-18
• 1.3 机械振动技术及其应用18-20
• 1.4 研究目的和意义20-21
• 1.5 主要研究内容21-24
• 第二章 实验材料与方法24-32
• 2.1 实验方案24-31
• 2.1.1 实验材料及其预处理24-25
• 2.1.2 实验系统25-27
• 2.1.3 工艺参数27-31
• 2.2 涂层组织分析及性能表征方法31-32
• 第三章 机械振动辅助激光熔覆铁基合金涂层宏观形态特征32-42
• 3.1 机械振动对沉积角的影响32-35
• 3.2 各工艺参数对沉积角的影响35-38
• 3.2.1 激光功率密度对沉积角的影响35-36
• 3.2.2 机械振动振幅、频率对沉积角的影响36-38
• 3.3 工艺参数和熔覆角之间的函数模型38-39
• 3.4 机械振动对多道搭接熔覆层的影响39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 机械振动辅助激光熔覆铁基合金涂层微结构特征42-54
• 4.1 机械振动作用下激光熔覆铁基合金涂层凝固组织特征42-52
• 4.1.1 机械振动对激光熔覆铁基涂层显微组织影响42-48
• 4.1.2 机械振动对激光熔覆铁基涂层相结构的影响48-52
• 4.2 机械振动对熔覆层裂纹和气孔的影响52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 机械振动辅助激光熔覆熔池内的流动特性及力学效应54-66
• 5.1 机械振动对激光熔覆熔池内流动的影响54-59
• 5.1.1 激光熔覆熔池内流动理论研究54-56
• 5.1.2 机械振动对激光熔覆熔池内流动影响56-59
• 5.2 机械振动对激光熔覆熔池内的力学效应影响59-62
• 5.3 机械振动对激光熔覆铁基涂层显微硬度的影响62-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-76
• 附录76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 牛伟;孙荣禄;;钛合金激光熔覆的研究现状与发展趋势[J];材料导报;2006年07期

2 李明喜;赵庆宇;何宜柱;;钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响[J];中国激光;2008年08期

3 钟敏霖;刘文今;;国际激光材料加工研究的主导领域与热点[J];中国激光;2008年11期

4 晁明举;张现虎;杨宁;杨文超;程慧;;原位生成VC-VB-B_4C复合颗粒增强镍基激光熔覆层[J];中国激光;2008年11期

5 宋武林，，朱蓓蒂，甘翠华，张菁，崔昆;激光熔覆层结晶方向对覆层裂纹方向和开裂敏感性的影响[J];中国激光;1995年04期

6 王传琦;刘洪喜;周荣;张晓伟;曾维华;蒋业华;;回火处理对多道Ni基熔覆涂层组织和耐蚀性能的影响[J];材料热处理学报;2011年07期

7 贾文鹏;陈静;林鑫;钟诚文;黄卫东;;激光快速成形过程中粉末与熔池交互作用的数值模拟[J];金属学报;2007年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王传琦;机械振动作用下激光熔覆镍基合金涂层凝固组织及应力控制研究[D];昆明理工大学;2013年

本文编号：597099