激光熔覆成形316L不锈钢组织的特征与性能

对316L不锈钢进行了多层激光熔覆成形试验，采用光学显微镜（OM），扫描电子显微镜（SEM）和电子探针显微分析（EPMA）等手段对其微观组织特征和性能进行了分析测试，揭示了激光熔覆成形316L不锈钢组织形成的规律和机理，获得了无裂纹、无气孔等缺陷的致密熔覆成形组织。熔覆层内部主要由垂直于界面外延生长的柱状树枝晶和平行于扫描方向的转向枝晶组成，枝晶沿着与最大温度梯度最接近的（100）方向择优生长。结果表明，熔覆层成分均匀，稀释率小，与基体呈冶金结合，抗拉强度大大超过传统成形方法加工的材料，且具有较好的塑性。     

扫描路径对薄壁件激光熔覆涂层形变的影响

为了改善收割机割刀等薄壁件在激光熔覆提升性能时容易产生形变的状况，采用Nd:YAG激光加工系统在Hilbert分形式、轮廓偏置式和光栅式的3种不同的扫描路径下分别制备不同的铁基合金熔覆涂层，并取得了基材形变量和熔池深度等相关数据。结果表明，轮廓偏置式扫描路径在中心处的熔池深度最大，为0.75mm，且试样形变量达到了0.30mm；激光熔覆过程中熔池与其附近区域的温度梯度和基材形变量有着正相关的关系，熔池深度越大，温度越高，不同区域之间的温度梯度越大，产生的热应力越大，进而形变的倾向也会越大；光栅式扫描路径熔池深度随时间递增，温度梯度较小，故对基材的形变倾向较弱，且所制备的熔覆涂层质量较好，是适合于薄壁件激光熔覆的扫描路径。此研究对薄壁件激光熔覆具有指导意义。     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

斜齿面激光熔覆的开裂倾向分析及控制研究

针对斜齿轮轴齿面激光熔覆层的开裂问题,采用数值计算的方法对其开裂倾向进行了分析,分析结果表明:齿根部位产生了较大的温度梯度,而齿面熔覆层内呈明显的拉应力状态,且主要集中在齿根部位,齿根部位的熔覆层将成为开裂的薄弱部位;裂纹发展的趋势将由齿根部位萌生,然后向其表面扩展然后向齿顶方向延伸。在双向扫描工艺条件下,轮齿内部的温度分布更加均匀,而熔覆层内拉应力水平明显降低,并在一定程度上减轻了齿根部位的应力集中问题,有利于控制熔覆层的开裂倾向。采用两种扫描方法和熔覆参数进行组合,对斜齿轮齿面进行了熔覆试验,试验结果表明:双向扫描工艺对于齿面熔覆层开裂具有一定的抑制作用,并最终获得了适合齿面熔覆的工艺和参数。     

送粉激光熔覆时激光与粉末的交互作用

通过建立粉末在激光照射下的热传导模型，用有限差分法计算了不同合金、不同粒度的粉末在不同激光功率密度作用下的温度变化，通过实验验证得出各种粉末在不同激光功率下的临界熔化时间和相应的临界激光扫描速度。     

工艺参数对激光熔覆成形316L不锈钢形状的影响规律

激光熔覆技术经多年发展已取得许多成功的工业应用,但如何控制工艺以达到最佳成形效果,需要通过研究工艺参数与成形精度之间的关系才能找到最终的解决方案。借助激光熔覆快速成形法制备316L不锈钢实验试样,研究工艺参数组合对成形试样形状的影响规律。通过定义单涂覆层截面形状特征参数,采用线性相关法处理截面形状数据,建立工艺参数组合与截面形状特征参数的线性关系。此外,激光熔覆成形件易出现两类典型缺陷,即晶界间微裂纹和层间熔合不良缺陷。     

基于温度场评估的激光熔覆顺序决策方法研究

为了在激光熔覆再制造过程中得到更优的激光熔覆顺序选择决策方法,采用有限元法对平面基材多道激光熔覆传热学模型的温度场瞬态解进行了理论分析,并利用基于热电偶的测温系统验证了整个数值模拟过程的可靠性。提出了一种评估选择法,即利用数值模拟来分析和评估基体瞬态温度场,根据评估准则选择熔覆过程激光扫描顺序的轨迹优化方法。结果表明,取得单向逐次和评估选择样件的实验硬度数据分别为625.38HV,620.58HV,623.34HV,680.09HV,673.58HV和683.01HV,变形均值为0.9722mm和0.6458mm;评估选择法有最均匀的温度场,熔池周围有最大的温度梯度,其能产生较大的熔覆层硬度及较小的组织尺度,同时测量变形较小。该方法为激光熔覆的顺序选择提供了重要的参考价值。     

WC对316L钢表面的铁基激光熔覆涂层的性能影响研究

为进一步提高316L钢材的显微硬度,拓宽其使用范围,采用激光熔覆的方法,在316L钢材表面制备出不同比例的Fe60-WC熔覆层。研究不同比例的WC对熔覆层的截面组织、显微硬度、晶相构成的影响及原因。经过试验分析可知,当WC的质量分数为3%时,其与Fe60形成了硬质合金结构,增加了熔覆层的显微硬度。当WC的质量分数提升至5%时,熔覆层的微观结构发生了较大的改变,此时WC的质量分数虽然更多,但是熔覆层的显微硬度有所下降。结果表明,当WC的质量分数为3%时,熔覆层保持树形胞状晶,此时的显微硬度明显高于基体。     

选区激光熔化316L不锈钢成形质量与晶粒形貌研究北大核心CSCD

选区激光熔化零件的性能与工艺参数影响的表面质量和内部缺陷是密切相关的,为了深入了解表面质量和内部缺陷与工艺参数之间的关系,以提高成形质量。通过研究不同激光功率和扫描速度制备的选区激光熔化样品的晶粒形貌、致密度和显微硬度。结果表明,随着激光功率的增大,熔池宽度逐渐增大,熔池轨迹更加清晰连续,致密度和硬度呈先增大后减小的趋势;随着扫描速度的增大,熔池宽度减小,熔池轨迹越来越无规则且不连续,致密度和硬度先增大后减小;选区激光熔化316L不锈钢样品均有奥氏体单相构成,不受激光功率和扫描速度的影响。另外,熔池宽度分别与激光功率、扫描速度符合二次多项式数学关系;xoy平面的晶粒尺寸要略小于yoz平面的晶粒尺寸,晶粒大小的差异导致显微硬度的不同,xoy平面上显微硬度都略大于yoz平面上硬度,产生各向异性;孔洞数量少的致密度相对较大,当致密度达到最大98.74%时,显微硬度也达到最大,xoy平面上硬度为227.5 HV,yoz平面上硬度为210.1 HV。     

真空激光熔覆的研究

真空激光熔覆避免了大气中有害气体对熔池的侵入,使熔覆层中的显微缺陷和开裂敏感性减小,提高了熔覆层的质量;并且真空熔覆的工艺特点与大气下的激光熔覆不完全相同;其它工艺条件相同时,真空激光熔覆的尺寸(宽度W和厚度H)明显小于大气下熔覆层的尺寸。     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

激光熔覆曲面基体曲线轨迹成形内部质量与效率影响研究

曲面基体熔覆层内部孔隙与成形效率的预测与控制是曲面类零部件大面积修复与再制造的前提。本文研究激光功率、扫描速度、气流量、圆柱基体半径对“曲面轨迹”成形内部质量(气孔率)与熔覆效率的作用规律。采用响应面法中心复合设计模块构建了工艺参数与响应目标的数学关系模型。通过方差分析,气孔率及熔覆效率R2分别为95.26 %、94.28 %,证明所构建模型的可靠性。四个输入参数对气孔率均有显著的影响,激光功率、扫描速度、圆柱基体半径对熔覆效率影响显著。最后基于所建立模型采用期望函数方法对气孔率最小及熔覆效率最大为目标进行综合优化,获得最佳工艺参数为激光功率1.6 kW,扫描速度7 mm/s,气流量1120 L/h,圆柱基体半径40 mm,气孔率及熔覆效率误差率分别为6.755 %、5.417 %,验证了模型准确性。所建立模型为“曲面基体曲线轨迹”熔覆成形内部质量与效率工艺参数优化及预测控制提供了指导意义。     

激光模式对激光熔覆层质量的影响

分别采用多模和低阶模的CO2激光束研究了激光模式对于Fe基合金激光熔覆层质量的影响.结果表明,相对于低阶模激光熔覆而言,多模激光熔覆层各个区域的外形较为平整,尤其是熔合区更为明显,激光模式不同对熔覆层的微观组织和硬度也有一定影响.     

基于进化神经网络的激光熔覆层质量预测

为了有效地控制激光熔覆层质量,采用反向传播(BP)算法建立了激光熔覆层质量(熔覆层宽度、熔覆层深度和稀释率)随激光功率、光斑直径和扫描速度变化的进化神经网络预测模型。针对BP算法存在收敛速度慢、容易陷入局部极小值及全局搜索能力弱等缺陷,采用遗传算法训练BP神经网络,取代了一些传统的学习算法,设计了基于进化神经网络的学习算法。经过理论分析和实验验证,在神经网络的输出端得到期望的线性输出,并在训练样本之外,选取了5组工艺参数检验神经网络模型的可靠性,预测结果与相应的实验结果的最大相对误差为2.14%。结果表明,运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,提高激光熔覆层的加工质量。     

激光熔覆MoSi2涂层的研究

本文用高能激光束熔覆MoSi_2粉末在45钢基体上制备了耐高温结构用涂层,用XRD、SEM、EDAX和显微硬度仪分别对熔覆层的组织结构和硬度进行了研究。试验结果表明,由于基体的稀释作用,涂层的相组成为FeMoSi、Fe_2Si和少量的Mo_5Si_3。涂层组织呈现典型的细小枝晶组织特征,枝晶为FeMosi领先相,枝晶间为FeMoSi和Fe_2Si两相共晶,组织中无孔隙和裂纹等缺陷存在。Mo,Si,Fe线扫描成分分布在涂层-基体界面处均缓慢过渡,基体与涂层发生互扩散,为冶金结合。涂层硬度可达HV_(0.5)845,基体硬度为180,涂层硬度比基体提高3.7倍。     

激光熔覆工艺参数对Fe W B熔覆层质量的影响

采用激光熔覆技术在65Mn钢表面熔覆FeW B三元硼化物熔覆层。通过单道熔覆与单层多道熔覆实验,探究激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率对熔覆层质量的影响,获得优化激光工艺参数组合。并通过光学显微镜、X射线衍射仪和维氏硬度计对熔覆层进行分析。结果表明:工艺参数对熔池高度与熔池宽度的影响程度由小到大排列为:送粉速率、扫描速度、激光功率,对维氏硬度的影响程度由小到大排列为:扫描速度、送粉速率、激光功率。获得的最优工艺参数组合为:激光功率800W,扫描速度3mm/s,送粉速率4 g/min,搭接率50。此时熔覆层的维氏硬度均值为7579 HV,是基材的35倍。熔覆层与基材冶金结合良好,其微观组织由枝状晶、胞状晶和柱状晶组成。     

激光涂复层质量控制研究

本文对激光涂复层外观及同部质量进行了系统的研究。分析总结出了影响涂层质量的主要因素，及防止涂层缺陷提高涂层使用性能的有效手段。