激光焊接熔覆PPT-2講解

1、激光熔覆技術的優(yōu)點拿激光熔覆技術是隨著激光技術發(fā)展起來的 一種新工藝，作為先進的涂層制備與成型技 術，已廣泛應用于金屬零部件的表面強化與 修復中，能夠有效提高金屬零部件的表面耐 磨性，延長服役時間。跟傳統(tǒng)修復手段相比,激光熔覆技術具有熱影響區(qū)小表面質量好、結合強度高等優(yōu)點。激光熔覆修復的 工件經(jīng)常工作在中、高溫的條件下，評定高 溫秦件下的熔覆層性能,提高*才料中高溫性 能是工程應用前期需要解決的關鍵問題。應用前景和鐵基合金材料具有較高的耐磨、耐 蝕性能，組分與碳鋼鑄鐵接近，與 基體具有良好的相容性，且成本低務針對我國目前鋼材的應用現(xiàn)狀，開發(fā)鐵基合金的激光熔覆具有重要的 研究意義和經(jīng)濟價值。舉例

2、證明*用自行研制的鐵基合金粉末作為熔覆 層材料，以40Cr合金鋼為基體，采用 Nd : YAG脈沖激光預置熔覆法，在40Cr 合金鋼表面制備Fe基涂層；探討在干 摩擦條件下，激光熔覆層的高溫摩擦 磨損性能，并對熔覆層的微觀組織形 貌、磨損機理進行了研究。實驗材料與方法*基體材料為40Cr鋼，加工成直徑50 mm、高10 mm的圓 盤，對磨材料為GCrl5鋼珠,激光熔覆材料采用自行研制 的鐵基合金粉末，粉末尺寸在74100pm之間。*采用LWS230系列脈沖Nd： YAG激光修復機，通過預置粉 末法，多道搭接制備大面積熔覆層，激光熔覆工藝參數(shù) 見表并對熔覆層表面進行精磨、拋光，酒精、丙酮 混合溶

3、液清洗處理，供磨損實驗用。試樣制作成標準金 相鑲嵌試樣,用體積分數(shù)為5 %硝酸酒精溶液浸蝕，用 HV21000型顯微硬度儀，在2.96 N的實驗力載荷、15s 的加載時間的測試條件下測定基體和熔覆層結合部分硬 度，并通過SEM觀察高溫條件下磨痕顯微組織形貌。Table 1 Laser cladding processing parametersg speed beam diameter pieplaced thickness pulse width s，）/nun/mm血叮30.7-1.52.5*將試樣固定在HT2500型高溫摩擦磨損 實驗機樣品盤上，采用球2盤式的摩擦 方式，將溫度設定到測試

4、溫度，加載實驗 所需載荷，前期實驗測定得到，在 3.0N載荷下，熔覆層能得到最佳磨損 性能。設定轉速以及磨損時間,驅動樣 品盤轉動，以GCrl5鋼珠和鐵基熔覆 見表2。利用摩擦磨損實驗機記錄即時層為配副,進行對磨，磨損實驗參數(shù)溫度和即時摩擦因數(shù)并進行圖形繪制 與存儲。Table 2 Experimental pmineteis of war testjeiatuie wear time rotation ra(Eus linear velocity I "C/min/min/(i叮血、O 602,063實驗結果*如表3所示，在100250°C時，磨損比較 劇烈，磨損實驗噪聲

5、比較大且平均摩擦 因數(shù)下降的幅度比較小。在300400 °C時,磨損相對平緩，實驗噪聲比較小， 同時平均摩擦因數(shù)下降幅度也比較大。 相比于基體，熔覆層的平均摩擦因數(shù) 在不同溫度下都有了不同程度的降低， 特別是在400 °C時，平均摩擦因數(shù)只 有0. 439 o表3干靡擦條件下磨損實驗結果Table 3 Results of ear tests wider di v friction couditiouclad coatingsub stfriction coefficientfriction force friction coefficiei】ariation rangea

6、verage values/Nvariation rangeaver;(.723 0.9750.8402.5200.693 1.0,31,80 0.9890.8142.4440.637 0.9591.6590.8840.7802.3700.5140.8671-.625-0.9650.7702.3090.5650.8671-.660-0.8980.7892.3670.573-0.8861,42 0.8520.6451.9350.5870.9321J04 0.5360.4391.3170.3450.7681圖2是干摩擦條件下,不同溫度的摩擦因數(shù) 的曲線。由圖可以看出，隨著實驗溫度的升 高，兩組曲線

7、的平均摩擦力都呈逐漸降低的 趨勢。在200200 °C的條件下，磨損比較 劇烈，摩擦因數(shù)值較高,基體和熔覆層的平均 摩擦因數(shù)相當。隨著溫度的升高，磨損強度 減弱，變化幅度比較小。隨著實驗溫度在 300400 °C范圍內逐漸升高，摩擦過程趨 于平穩(wěn)，平均摩擦因數(shù)逐漸降低，且降低幅度 大。此時熔覆層的平均摩擦因數(shù)較基體低, 磨損性能得到改善。iph of wear scar on claddingirv faction condition下熔覆層磨痕表面形貌磨痕顯微組織形貌*由圖3可以看到，在干摩擦條件下，磨損1 h以后的熔 覆層表面出現(xiàn)剝離的斷面，較寬的犁溝，這是由于干 摩擦

8、表面溫度較高，產(chǎn)生很大的應力，造成裂紋擴展， 出現(xiàn)一些微裂紋和一些撕裂凹坑。另外組織殘存一 些碳化物，在摩擦力作用下，一些碳化物脫落而形成 大量凹坑。干摩擦條件下的磨損機理主要以微切削 為主，伴有粘著磨損。圖4是熔覆層與基體橫截面微觀結構，經(jīng)過打磨拋光， 體積分數(shù)為5 %的硝酸酒精溶液的腐蝕，位于圖片上 層的40Cr基體截面受到硝酸溶液的腐蝕而變得粗糙, 而熔覆層截面相對比較平整，熔覆層組織結構細密、 均勻,且沒有裂紋、氣孔、夾雜物和偏析等缺陷存在。substratebonding zone cladding coalingFig. 4 Micrograph of bonding coatin

9、g and substrate 圖4熔覆層結合區(qū)橫截面豹磨痕端面形貌P熔覆層橫截面的寬度和深度由非接觸式粗糙度輪廓儀測量出。從圖5可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的逐漸升高，磨痕截面曲線逐漸變得平滑，磨痕深度和寬度逐漸增加O13020100-10-20-30-40ErvqKlup200400600800 1 000wear widlh/pm(a) cladding coating at 150 T0200400600800 1000 120(iwwidih/pm(b) cladding coaling at 350 1Fig. 5 Surface profile of wear scar under dry

10、 friction condition圖5干摩擦條件下熔覆層的暦痕橫截面輪廊討論與分析激光熔覆是一種快速熔化、急速冷卻凝 固的冶金過程。以鐵基合金粉末為熔覆材 料的激光熔覆層顯微組織特征是以細小的 共晶萊氏體為基底，上面分布著先共晶滲碳 體，是典型的快速凝固組織，其強化層中不僅 含有大量的合金滲碳體，而且還有馬氏體、 殘余奧氏體和原位析出的顆粒11212 ,見 圖6 o在磨損過程中，合金滲碳體、馬氏體 以及原位析出的高硬度顆粒起到支撐的作 甬。由于激光功率高，掃描作用時間短，熔覆 層和基體表層加熱后熔化速度快，急速冷 卻時過冷度大，熔池中的合金元素能迅速 形成多種化合物而增加非自發(fā)晶核的數(shù)量,

11、 使形核率大為提高，形成細小均勻的顯微 組織。細密顯微組織的存在極大提高了晶 界結合力，增強了熔覆層的強度和韌性， 保證了熔覆層的耐腐蝕性能。激光熔覆修 復后表面顯微硬度顯著提高，從熔覆區(qū)2結 合區(qū)2基體的顯微硬度呈梯度分布，熔覆層 的平均硬度達到373. 8HV(0. 2),顯著高于 基體的平均硬度298. 4HV(0. 2),見圖7。Fig. 6 Micrograph of profile of cladding coating( Xl 500) 圖6 熔覆層結合區(qū)橫截面微觀形貌(XI 500)Fig 7 Jvlicrohardness of bonding profile of substrate cladding coating 圖7基體以及熔覆層剖面的顯微硬度值»在干摩擦條件下，GCrl5鋼珠與熔覆層形成的 摩擦副之間的真實接觸面積小、應力大、金屬 之間容易發(fā)生粘著。隨著溫度增加，平均摩擦 因數(shù)增大，滑動摩擦力增大，金屬之間結合緊 密。當超過材料的屈服極限時，材料就容易發(fā) 生塑性變形。這是因為:溫度升高時，原子活 動能力增強,鋼鐵中的鐵、碳和其它合金元素 的原子可以較快地進行擴散，實現(xiàn)原子的重新 排列組合，受到中溫回火的影響，組織從不平 衡組織逐步向穩(wěn)定的平衡組織轉變，韌性逐漸 增強，磨損逐步趨于平穩(wěn)，平均摩擦因數(shù)隨著 溫度的升高大體上逐步降低。