Ni基合金激光熔覆层裂纹机理研究

激光熔覆得到的Ni基合金熔覆层容易出现裂纹,这是导致Ni基合金熔覆层失败的主要因素.基于实验及微观检测分析,以Ni60熔覆层为研究对象,从组织和应力方面对激光熔覆过程中熔覆层裂纹的开裂及扩展机理进行了研究.综合熔覆层微观组织、物相以及断口形貌分析发现,熔覆层不同位置晶体组织差异显著,材料硬度与裂纹敏感性随硬质相分布的增加而升高,Ni60熔覆层的裂纹属于准解理的脆性断裂,裂纹萌生于熔覆层顶部,并沿硬质相向内部规律性扩展.根据热残余应力模型与Griffith脆性断裂强度模型建立了涂层开裂判据,并在此基础上提出相应的裂纹消除方法,改善了金属的性能.     

激光-氩弧焊电弧复合热源表面熔覆工艺及成形特征

为研究激光-氩弧焊(TIG)电弧复合热源表面熔覆工艺对熔覆层成形特征的影响,建立了激光电弧复合热源表面熔覆试验系统,分别采用大光斑半导体激光热源、激光与TIG复合热源在Q235母材上进行了Ni60合金粉末单道熔覆工艺试验,分析了激光功率、TIG电流对熔覆层高宽比、稀释率、浸润角等成形特征的影响.结果表明:随着激光功率或TIG电流的增加,熔覆层的熔宽、稀释率呈增加趋势,熔覆层的高宽比、浸润角减小.在复合热源熔覆过程中,引入电弧可以显著降低熔覆所需激光功率,可在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本;引入小电流TIG电弧,可以降低熔覆层边缘的温度梯度,改善熔覆过程中熔覆层的铺展效果.     

激光熔覆FeNiCrAl合金涂层的组织与腐蚀性能

在304不锈钢表面激光熔覆FeNiCrAl合金粉末,获得无裂纹耐腐性能优良的熔覆层,其厚度1.5～2.0 mm.利用SEM 分析熔覆层的显微组织结构,并测试熔覆层的腐蚀性并绘制极化曲线.结果表明,激光熔覆处理后涂层迅速熔化和冷却,组织由均匀的不规则多边形晶粒组成;熔覆层的自腐蚀电位比熔覆基体提高约70 mV、且自腐蚀电流密度比基体低,可知涂层的耐腐蚀性能相对基体要高很多.     

厚层激光熔覆层裂纹控制的综合实验研究与理论分析

采用5kW横流CWCO2激光器,对不同基体材料的核阀与石化高参数阀门密封面进行激光熔覆,所用合金粉为CoCrWB与NiCrFeBSi合金粉末.在研究解决了厚层单道熔覆裂纹问题基础上,得到了厚2～3.5mm,表面平整、无质量缺陷的激光熔覆层.结合激光熔覆阀门零件的试验研究,分析探讨了影响熔覆层,特别是厚层熔覆层裂纹形成的各种因素及其综合影响,提出了关于建立判断熔覆层裂纹形成的应力判据模型的思路.     

碳钢表面激光熔覆镍基合金涂层及其高温磨损行为

应用激光熔覆法,采用镍基NiCrSiB合金粉末,在20#碳钢表面制备了熔覆涂层.利用X射线衍射仪分析熔覆层的相组成;利用摩擦磨损实验机对熔覆层的高温耐磨性能进行了研究;利用扫描电镜观察熔覆层形貌.结果表明:所制得熔覆层组织均一、致密,与基体形成了良好的冶金结合.镍基合金激光熔覆层硬度提高到基体的4倍;高温磨损率约为基体的1/3.熔覆层耐磨能力增强的主要原因在于熔覆层与基体良好的冶金结合,固溶强化和硼化物、硼碳化物等析出相的强化作用.     

Nb2O5对镍基合金激光熔覆层组织的影响

为了在钢材表面制备出质量良好、组织细化的镍基合金激光熔覆层,采用激光熔覆技术,在A3钢表面进行了镍基合金粉末添加Nb2O5的熔覆试验.通过对激光熔覆工艺参数及Nb2O5含量的优选得到了质量良好的熔覆层.使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析,并测试了熔覆层显微硬度及摩擦性能.结果表明,当Nb2O5含量为15%,激光功率1.4 kW,扫描速度2 mm/s时,可以获得无裂纹、无气孔且与基底呈冶金结合的质量良好的熔覆层.Nb2O5的加入既提高了镍基合金熔覆层中的强化相比例,又细化熔覆层的组织,抑制粗大针状脆性硬质相的形成,降低熔覆层的裂纹敏感性.Nb2O5/Ni60激光熔覆层的硬度虽然降低,但耐磨性比纯Ni60提高约一倍.     

大面积Ni25合金梯度涂层的激光熔覆

激光熔覆是一种有效的金属表面改性方法。本文采用在45号钢上熔覆一层Ni25合金涂层。并对获得的熔覆层进行组织、硬度、耐磨和腐蚀性能的研究。结果表明:激光熔覆后的熔覆层表面的硬度、耐磨性和耐蚀性较基体有很大的提高。     

激光熔覆中工艺参数对形成层几何特征及硬度影响分析

激光熔覆技术的实质是合金粉末快速熔化和凝固的过程,其形成层的形状和性能与工艺参数密切相关.为了了解工艺参数对激光熔覆形成层几何特征及硬度的影响规律,根据正交试验设计方法设计研究了工艺参数(激光功率、扫描速率、送粉速率)对单道单层熔覆层几何特征(熔覆层高度、宽度与熔池深度)与硬度影响的试验,根据试验结果归纳了工艺参数对单道单层熔覆层几何特征与硬度的影响规律,解释了造成这些影响的原因,试验表明激光功率是影响熔覆层几何特征的最显著因素.此外,使用了一个激光熔覆层的几何特征数学模型对照验证了试验结果.     

9SiCr工具钢表面激光熔覆合金的组织与性能

使用CO2激光器对9SiCr工具钢表面进行Co基和Ni基合金熔覆处理,X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析了激光合金熔覆层的相组成和显微组织;显微硬度计对合金熔覆区的显微硬度进行测量·结果表明,合金熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区和基体热影响3个区域·Co基合金熔覆区相组成为奥氏体+铁素体+碳化物,Ni基合金熔覆区相组成为奥氏体+铁素体+碳化物+金属间化合物·Ni基合金熔覆层的显微硬度约为Co基的2倍     

Ti—TiC激光熔覆层的形成及其表征

为分析激光熔覆法制备TiC／Ti复合材料显微形貌的成因,对功率密度为21．2kW／cm^2、扫描速度15mm／s的CO2激光作用下的Ti-6A1—4V合金表面进行了Ti＋TiC激光熔覆实验,并对其熔覆层温度波动进行了分析。采用XRD、SEM对Ti-4-TiC熔覆层进行表征,并测定熔覆层的显微维氏硬度。分析表明：用激光熔覆制备TiC／Ti复合材料时,熔覆层在数毫秒内熔化,并以约10^4℃／s速率初始冷却。熔覆层的维氏硬度高达10．8GPa,Ti填充杂乱的TiC枝晶间。熔覆层与基体具有良好的冶金结合,且热影响区厚度与经验计算值相近。     

不锈钢覆铝板的四层对称轧制复合

运用四层对称轧制复合法对不锈钢覆铝板的生产工艺进行了研究。通过与传统的二层非对称轧制复合对比,发现四层对称轧制复合法的生产效率提高了近１倍,制备的复合板较平直;在试验条件下,四层对称轧制复合时不锈钢、铝的延伸系数相差较小;四层对称轧制复合制备的复合板的结合强度比二层非对称轧制复合的略大。     

激光熔覆层网状添加物对裂纹控制的影响

激光熔覆是新型表面强化技术,但熔覆层裂纹是限制其应用的主要难题．在熔覆层中加入不锈钢网,降低了熔覆层中的应力值,控制了熔覆层中的裂纹．对3种熔覆材料的实验验证了网丝的加入能有效地降低熔覆层的裂纹率．金相分析显示,随着网丝直径的增大,熔覆层中网丝未完全熔解,它与熔覆材料、基体形成冶金结合,保证了熔覆层的完整性,有效地控制了熔覆层的裂纹．实验工艺显示,对Ni45和Co02这2种粉末,在基体不预热的情况下,这项工艺技术可得到无裂纹的大面积熔覆层．     

基于初始缺陷形状的混凝土结构锈胀开裂理论模型

为考虑材料初始缺陷形状的影响,将其假定为三维半椭球形.基于断裂力学理论将锈胀裂缝扩展过程划分为两个临界阶段:初始开裂阶段和完全开裂阶段,并分别对两组临界阶段进行了分析,建立了混凝土构件保护层胀裂时的锈胀力及开裂时间预测模型.为了验证所提出预测模型的正确性,分别采用已有的室内锈蚀实验、现场测试数据进行验证,计算结果吻合较好,说明本文预测模型具有一定合理性.在此基础上,对初始缺陷长度、混凝土保护层厚度、钢筋半径、相对保护层厚度等参数进行敏感性分析,结果表明增加混凝土保护层厚度和相对保护层厚度,有利于提高钢筋混凝土结构的服役性能.     

钛钢复合板弯曲过程的扫描电镜原位观察

为了研究钛钢复合板在弯曲过程中的断裂行为,利用扫描电镜原位观察了爆炸和爆炸--轧制两种工艺生产的钛钢复合板在弯曲过程中裂纹的萌生和扩展.结果表明:外弯过程裂纹萌生的角度小于内弯过程,钛钢复合板内弯比外弯具有更强的抗裂纹产生能力.在爆炸钛钢复合板的弯曲过程中,裂纹主要在波头的界面结合处和漩涡中心处萌生;在爆炸--轧制钛钢复合板的弯曲过程中,裂纹在Ti--Fe金属间化合物硬块界面处萌生.产生裂纹的主要原因爆炸钛钢复合板的波头界面结合处和漩涡中心处、爆炸--轧制钛钢复合板的界面块状Ti--Fe金属间化合物具有较高的硬度,在变形的过程中难以协调变形.     

热轧不锈钢复合板冲击性能研究

研究在不同复合比及温度条件下冲击载荷对热轧不锈钢复合板力学性能的影响。结果表明,热轧复合板随覆层厚度增大或试验温度升高,其冲击吸收能增大,覆层厚度为8mm时,冲击功达到稳定值150J;碳钢层断面为解理面与韧窝混合断裂形貌,不锈钢层断面为韧窝断裂形貌,靠近复合界面不锈钢侧呈沿晶断裂与韧性断裂形貌;复合界面处开裂情况对缺口位置不敏感;热轧不锈钢复合板冲击加载过程复合界面不易开裂。     

焊态镍铝青铜的空蚀腐蚀性能

利用钨极氩弧焊(TIG)在铸态镍铝青铜上制备了同种材料的堆焊层,分析了堆焊层的组织,并利用超声振动空蚀设备及电化学工作站对堆焊层的空蚀腐蚀性能进行了研究．结果表明,焊态镍铝青铜的空蚀腐蚀性能均优于铸态,采用TIG堆焊同种材料修复镍铝青铜螺旋桨,堆焊层不会发生优先空蚀腐蚀破坏．     

非对称热轧高品质不锈钢复合板可行性模拟研究

利用特厚规格复合板与较薄规格复合板进行非对称组坯,采用ABAQUS有限元软件对其热轧过程中的应变、接触应力及温度分布进行计算,并通过温度补偿及冷却控制的手段,对热轧非对称复合坯的可行性进行模拟分析。结果表明,采用非对称组坯设计,有利于特厚复合板碳钢层与不锈钢层在各道次轧制中的界面结合;通过控制复合坯上、下表面的温差,能有效改善板坯翘曲现象,并可一次性获得一块宽幅特厚复合板与一块宽幅较薄规格复合板,提高生产效率;此外,采用非对称组坯设计还可实现控轧控冷,保证芯部不锈钢与碳钢的协同变形,促进其界面结合。     

不同断裂准则下铝合金冲压成形裂纹扩展模拟

使用自主研发的金属板材摩擦系数测试设备,在不同拉速、不同压力条件下,测试了6016铝合金板材在冲压成形过程中的变摩擦系数值和平均摩擦系数值。建立了铝合金板材胀型实验数值模型,模型中输入平均摩擦系数来考虑摩擦边界条件,分别选取成形极限图以及临界厚度减薄率作为铝合金板材断裂准则,采用有限元法对数值模型进行了求解计算,并对数值模拟计算结果进行了实验验证。对比分析发现,采用成形极限图作为模型断裂准则计算时,裂纹起裂位置及区域与实验结果有较大差异;采用临界厚度减薄率作为模型断裂准则计算时,裂纹起裂位置及形貌与实验结果吻合度较高。证明了本文研究所得的临界厚度减薄率准则可以用于预测铝合金板材在冲压成形过程中裂纹的产生及扩展问题。     

层状晶体负热膨胀系数探讨

根据热力学和统计物理理论，应用德拜模型，求出石墨晶体的自由能。在此基础上导出石墨晶体热膨胀系数随温度变化的关系式。结果表明：对石墨晶体，除T＝OK外，在温度为15K和42K附近，热膨胀系数为零；在15－42K的温度范围内，它为负值；在较高温度范围内，它近似为常数。理论计算与实验结果相符，出现负热膨胀现象的原因在于层状晶体中，平面层中原子横向声振动对自由能有较大统计权，某些温度范围内，横向声振动会导致垂直平面层方向原子间距离随温度的变化情况与平面层方向的情况相反，出现膜效应。     

真空轧制不锈钢复合板的组织和性能

采用真空轧制法对6mm厚的奥氏体不锈钢板和50mm厚的碳钢板复合.在高真空、高温和大轧制力的共同作用下,界面实现了牢固的冶金结合并且最终得到了高质量的不锈钢复合板.研究发现界面无开裂和氧化层,仅在界面附近分布少量细小弥散的Si-Mn氧化物颗粒.通过能谱发现不锈钢侧的Cr和Ni向碳钢迁移,在界面形成一薄层富Cr,Ni层,导致复合层硬度升高;碳钢中的C向不锈钢侧迁移导致出现脱碳区,且该区硬度最低.界面的剪切强度达467MPa.