激光增材制造CoCrW合金及热处理的组织与性能研究

发布时间：2020-07-17 09:23

【摘要】：Stellite合金是一种已经商用的钴基高温合金,具有优良的力学性能,比如高硬度、良好的耐磨性、优异的抗热和抗氧化等性能,因此被广泛应用于各行各业。Stellite合金的典型制备方法为铸造,但铸造工艺过程较为复杂,限制了合金零部件的形状和尺寸进而限制了材料的使用范围。除此之外,Stellite合金的硬度较高,这使得零件的后加工非常困难。本次研究采用激光增材制造技术制备Stellite合金,该技术可以减少后续加工工艺,降低零部件的制备周期和成本,并且易于制备形状复杂的零件。以Stellite 12合金粉末为原料,通过光纤激光器结合同轴送粉技术的激光增材制造技术制备合金试样。通过多种工艺参数的对比,最终选择工艺参数为:激光功率3000 W,扫描速度8 mm/s,送粉率18 g/min,保护气流量15 L/min,载粉气流量5 L/min,搭接率45%。结果表明优化工艺参数后,所得试样成型良好,内部无裂纹、气孔等宏观缺陷。研究结果表明,激光增材制造Stellite 12钴基高温合金的显微组织主要为钴基枝晶以及枝晶间的共晶组织。其中钴主要为面心立方的a-Co,碳化物主要为富Cr的M23C6等碳化物,共晶组织由a-Co和碳化物组成,呈层片状分布。热处理过程中碳化物会发生明显改变,固溶处理后绝大部分碳化物都溶解到钴基体中形成钴基固溶体,但是碳化物并没有完全溶解,而是在基体中残留有部分块状的富Cr碳化物。时效处理后试样中有大量的碳化物析出,层片状的共晶碳化物转变为块状并且在钴基体中析出大量颗粒状碳化物。碳化物类型主要为富Cr的M23C6型和富W的M6C型碳化物。固溶加时效处理后,试样的显微组织在固溶处理的基础上又析出了大量的碳化物。后续时效处理温度越高时析出碳化物尺寸越大。激光增材制造Stellite 12合金的显微硬度为518.08 HV0.3,经时效处理后试样的显微硬度达到了最大值591.02 HV0.3,而固溶处理后其显微硬度最小为282.20 HV0.3。未热处理试样在室温和600℃时耐磨损性能较好,而在200℃和400℃时耐磨损性能较差,在其它条件相同的条件下200℃和400℃的磨损失重(3.9 mg,3.4 mg)约为室温和600℃时(1.1 mg,0.9 mg)的四倍。试样经固溶加时效处理后,在室温和600℃时的磨损失重分别为0.4 mg和0.5 mg,耐磨性均优于其它热处理状态下的试样。激光增材制造Stellite 12钴基高温合金在1000℃条件下具有较好的抗高温氧化性,经过48 h高温氧化后其单位面积增重为2.632mg/cm~2,其氧化速率为0.552g/m~2×h,具有较好的抗氧化性。表面氧化物主要为外层的Cr_2O_3、CoCr_2O_4组成的氧化膜和内层的Si的氧化物SiO_2。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665;TG132.3
【图文】：

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绪论激光增材制造 CoCrW 合金及热处理的组织与调节，并进行最佳的分配以适合个别应用的特定要求。传统制造方法只能同零部件然后焊接的方式，这会增加制备周期并且焊接本身具有缺陷在高断裂。图 1.1(b)为 GE 公司利用增材制造技术为 LEAP 发动机制备的燃油了零件的重量、生产成本和制造周期。激光增材制造（LaserAdditive Manufa)）技术是增材制造中最具有代表的一类，在增材制造领域内扮演着举足8-9]。

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图 1.1 增材制造案例 (a)微波导杆；(b)LEAP 发动机燃油喷嘴1.1.2 激光增材制造技术激光增材制造技术是一种以激光为能量源，以金属粉末或金属丝材为原料的增材制造技术。通过 CAD 软件对目标零件进行分层处理，利用高能量激光束对原料进行熔化堆积逐层叠加最终得到所设计的零部件。如图 1.2 所示：

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CoCrW 合金及热处理的组织与性能研究，直到得到完整的零部件。由于在这个过程中存在大量未熔化部件有封闭结构未熔化粉末会残留在结构中无法取出。但是这可以起到一定的支撑作用，这样可以减少残余应力防止成型件粉的工艺所得零件成型精度和表面粗糙度较高，但由于激光振能达到的成型尺寸较小。

【参考文献】