几种钢和铁激光热处理后的组织与性能

本文叙述了几种钢铁试样激光热处理及淬火参数的选择。通过对几种钢和铁激光淬火金相组织的观察和性能测试，研究和探讨了汽车零部件激光淬火的可能性。介绍了激光热处理的特点。     

激光表面处理1.6%C超高碳钢的组织与性能

为了研究激光处理后超高碳钢表面组织及性能的变化,采用2kW连续横流CO2激光器对超高碳钢(C的质量分数为0.016)进行了激光处理,采用扫描电镜观察组织和显微硬度计测量深度方向显微硬度值的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了沿深度方向的组织照片和硬度分布曲线。结果表明,激光处理层分为熔凝层、过热层和相变硬化层。熔凝层可观察到胞状树枝晶和离异共晶;相变硬化层组织细小,显微硬度(高达750HV～905HV)高于其它层,是典型的激光淬火组织。随激光功率增大(1000W～1200W),熔凝层中胞状树枝晶和离异共晶增多并细化,马氏体数量减少,各层的宽度、深度均增大,显微硬度降低。这一结果对细化超高碳钢组织和改善其性能是有帮助的。     

5A06 铝合金的激光填丝焊接头组织与性能

为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd:YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊。焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显;接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右;断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱昆合型韧性断口。结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善。     

激光沉积Ti65钛合金的显微组织与各向异性研究

采用激光沉积制造技术制备了Ti65钛合金试样,并对其进行了退火热处理,分析了试样不同截面/方向的显微组织和力学性能。结果表明：激光沉积Ti65试样沿沉积方向形成了粗大的柱状晶和平行分布的层带结构,层带中的α板条粗化明显;垂直于沉积方向的截面呈等轴晶结构;不同截面的显微组织均为片层组织。退火后,不同截面的晶界断续,α板条粗化,显微组织均为网篮组织,显微组织的各向异性不明显。沉积态试样沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1015 MPa和1055 MPa,伸长率分别为11.4%和8.4%;退火后,沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1025 MPa和1079 MPa,伸长率分别为12.7%和10.5%。沉积态试样沿沉积方向的显微硬度比垂直于沉积方向低约20 HV0.2;退火后,不同方向的显微硬度接近并约为400 HV0.2。退火后激光沉积Ti65综合力学性能的各向异性趋于弱化。     

WC-Co硬质合金的激光热处理

应用ＯＭ，ＳＥＭ和Ｘ射线衍射分析研究了ＷＣ－１８％Ｃｏ硬质合金激光热处理后的组织与硬度性能。指出硬质合金经激光熔融处理后分粘结相β熔化区、ＷＣ溶解析出区和基体三部分。前两区的组织变化导致显微硬度值有相当大的提高，最高可达ＨＶ１５４４，比原来提高３４～３７％。Ｘ射线衍射分析表明，面心立方Ｃｏ的含量在激光处理后将发生改变，并会出现密排六方Ｃｏ，其相应数量与激光工艺参数有关。     

多激光粉床熔融成形GH3536合金搭接区域组织与性能特征研究

利用多激光粉床熔融（ML-PBF）设备成形了GH3536高温合金,系统研究了单激光区、双激光区以及四激光区成形试样的缺陷、显微组织和拉伸性能的变化规律。结果表明：随着激光束的增多,试样表面质量得到改善,但致密度由99.82%（单激光区）降低到92.35%（双激光区）和98.97%（四激光区）。同时,多激光搭接区的重熔导致部分晶粒再结晶,沿（001）的择优生长取向更加显著,织构指数也由单激光成形试样的3.040分别提升到了3.403和3.465。但是,单激光区、双激光区和四激光区的大角度晶界比例逐渐降低,由65.9%分别降低到50.1%和46.3%。此外,搭接区的残余应力呈现降低趋势,单激光区、双激光区和四激光区分别为192.3 MPa,106.5 MPa和44.1 MPa。三者的室温拉伸强度相差较小,均达到了800 MPa以上,断裂延伸率由30.3%（单激光区）降低到25.9%（双激光区）和25.4%（四激光区）,这主要是搭接区内的孔洞和裂纹缺陷造成的。研究结果有望为多激光粉床熔融制备大尺寸镍基高温合金零部件提供有效的参考。     

汽车双联齿轮激光焊接组织与性能研究

采用横流式5kW CO2激光器和3轴数控机床,通过开Y型破口,对材料为20CrMnTi的双联齿轮进行了试验,研究了激光焊缝组织及其形成机理,分析焊后接头中出现的常见缺陷,探讨其产生的主要原因和有效的防止措施.结果表明焊缝组织为板条马氏体及少量残余奥氏体,热影响区为板条马氏体和铁素体,焊缝有较好的强韧性.气孔、裂纹是汽车双联齿轮CO2激光焊接头中存在的主要缺陷.但只要焊接过程中工艺参数和坡口形状选择合适,并采用有效的焊前处理,这些缺陷是可以避免或减少的.     

6061铝合金表面激光合金化Al-Fe-Mn-Zn-Si合金涂层的组织与性能研究

采用激光合金化工艺在6061铝合金表面制备Al-Fe-Mn-Zn-Si合金化层,以期望提高铝合金表面性能。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子显微硬度计、HSR-2M磨损试验机等材料表征手段分析了合金化层的组织结构与性能,研究结果表明:合金化层的晶相组织由结合区附近的柱状晶向表面的等轴晶过渡,且晶粒大小较基体明显细化,含有金属间化合物AlFe4Si、Al9Si、Mn5Si2以及面心立方的α-Al;激光合金化使铝合金表面硬度由104HV左右提高到了390HV左右;磨损试验结果表明,合金化层提高了铝合金表面的耐磨性。     

基体材料对NiCrBSi激光熔覆层组织及硬度的影响

在TC4合金和60^#钢表面进行了激光熔覆NiCrBSi涂层的试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对激光熔覆层的组织、成分和物查进行了分析,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区、基体热影响区三个区域。在TC4合金表面熔覆区中出现了TiB2、TiC等新相,其显微硬度在HV900－1100之间,明显于60^#钢表面熔覆区的显微硬度（HV800－900）。     

铸造铝合金(ZL109)激光表面处理

采用功率为2kW级CO_2连续可调式横流激光光源,对不同涂层的ZL109试样表面进行了激光熔凝的实验研究。     

铝合金表面激光处理的三种工艺特点

表面重熔、表面合金化及表面熔覆是铝合金表面激光改质的三个主要方法,各方法都有自已的特点,但又有相关性.通过一系列实验可以对比性地了解这些工艺对铝合金表面组织的影响及强化效果,这将对铝合金激光表面强化新工艺的研究和应用提供参考.     

激光冲击波作用下3003H16铝合金板料层裂的研究

为了得到工艺参量对层裂的影响,运用有限元模拟的方法,采用最大拉应力瞬时断裂准则来判断板料是否发生层裂,并对各参量对层裂的影响进行了分析;进行了激光冲击成形试验,用电子扫描显微镜对冲击后的试样进行观察,并运用应力波传播分析了层裂的产生、发展、形成。结果表明,层裂易发生在激光冲击区域内,其次是在光斑边缘处,而在冲击区域外不可能发生层裂;脉冲宽度、峰值压力和板料厚度对层裂发生的位置影响较大,而光斑直径对层裂发生的位置几乎没有影响。这对激光冲击成形的发展具有指导意义。     

激光熔覆TiB2增强Co基合金涂层的组织与性能

为了研究TiB2陶瓷颗粒对激光熔覆Co基合金层的组织及滑动磨损性能的影响,采用5kW CO2连续式激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金层和TiB2/Co金属陶瓷复合涂层。结果表明,TiB2/Co金属陶瓷复合涂层主要由γ-Co,Cr23C6,TiB2,TiC,Co3Ti等物相组成;Co基合金涂层的典型显微组织主要由发达的树枝晶+枝晶亚共晶组织组成,TiB2/Co复合涂层的显微组织主要由“梅花状”枝晶+细小共晶组织组成;TiB2/Co金属陶瓷复合涂层的显微硬度及室温滑动磨损性能明显优于Co基合金涂层。这些结果对激光熔覆金属陶瓷复合涂层相关领域的研究是有帮助的。     

铝添加剂对激光熔覆硬质合金涂层质量的影响

采用高功率激光,在高速钢表面熔覆硬质合金涂层的过程中,由于工艺参数、设备性能和熔覆粉末等原因,会引起熔覆层产生各种缺陷或不足。其中,粉末在熔池的流动性,直接影响熔覆层表面形貌;另外,在熔覆过程中氧的存在会直接导致熔覆层表面气孔产生。通过试验分析可知:在熔覆粉末中加入适量的铝添加剂会有效增加粉末在熔池中的流动性,同时,Al和O结合生成Al2O3能有效抑制气孔,并保护熔覆层表面,且不降低硬度。实验显示,当在YG12中加入质量分数为1%的Al粉时,熔覆层硬度较高,且比能量合适。     

激光熔覆Ni基SiC合金涂层组织与性能的研究

利用5kWCO2连续波激光器在16Mn钢基材表面对含20%(体积比)SiC陶瓷粉末的镍基自熔性合金粉末进行激光熔覆得到Ni基SiC合金涂层(NiSiC)。研究了合金涂层的组织形貌及相结构,并用单纯的镍基合金涂层(Ni60)进行了显微硬度及滑动磨损性能的对比试验。结果表明,NiSiC合金涂层由γ枝晶及其间的共晶组织组成,主要组成相为γ-Ni,γ-(Ni,Fe)固溶体和(Cr,Fe)7C3,Cr23C6及(Cr,Si)3Ni3Si等化合物。添加SiC的镍基合金涂层NiSiC比单纯的镍基合金涂层Ni60具有较高的硬度和耐磨性。     

Ti-6Al-4V合金基体上激光熔覆Ti+TiC粉末的显微组织

在Ti-6Al-4V合金表面进行了Ti+33%TiC的激光熔覆试验研究。利用SEM分析手段对Ti+33%TiC熔覆层的显微组织进行了分析,阐述了熔覆层的强化机制。显微组织分析表明,Ti-6Al-4V合金表面Ti+33%TiC激光熔覆层的显微组织沿层深方向可分为熔覆区、结合区和热影响区3个区域。熔覆区中的TiC以细小的枝晶形式存在,Ti基体填充在TiC树枝晶的间隙中,起到连接TiC和传递载荷的作用,熔覆层得到明显的强化。     

激光熔覆硬质合金涂层的组织结构与性能

试验研究了Co基硬质合金涂层的激光熔覆。低熔点Al的加入增加了熔池的流动性,抑制了熔覆层气孔的产生;金属Ni的加入明显改善了TiC的润湿性,提高了硬质合金涂层的熔覆性。WC-Co基硬质合金熔覆层硬度可达HV0.21100。涂层中TiC的加入显著提高了熔覆层的硬度,平均达HV0.21200～HV0.21300。