超声表面滚压强化激光熔覆316L不锈钢涂层的组织和性能
发布时间：2021-01-25 01:12
激光熔覆技术操作简单、便于实现自动化,大大增加材料利用率,已成为国内外激光表面改性研究的热点。但其制造的零件达不到尺寸、精度等要求而不能直接投入使用,故对其后处理工艺的研究变得非常必要。江西银海矿业有限公司采用的45#钢搅拌轴报废后采用激光熔覆技术修复,修复后的搅拌轴不能满足尺寸要求、表面性能较差,存在表面热应力等缺陷。针对此类现实问题,本文对激光熔覆技术的后处理工艺进行了探讨,期望激光熔覆技术修复的零件经过超声表面滚压强化后既能满足尺寸等精度要求,又能减小热应力,改善表面性能。本文采用激光熔覆技术将316L不锈钢粉末熔覆在45#钢轴表面,然后采用不同的后处理工艺（车削和车削+超声表面滚压）改善表面。超声表面滚压强化工艺能引入强烈的塑性变形从而有效地提高表面性能。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、粗糙度仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测试了不同后处理工艺下试样的微观组织、表面粗糙度、表面残余应力和机械性能（显微硬度、弹性模量、表面断裂韧性和耐磨性）。结果表明,超声表面滚压作为激光熔覆技术的后处理工艺并不能改变试样表面的元素分布,也不能使表面的物相发...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２超声表面滚压（ａ）设备图和（ｂ）示意图??
８?ＫＷ，粉盘转速??为２．２?ｒ／ｍｉｎ?（送粉量由以上两个参数进行调节）；氩气作为保护气的流速为１０－??１５Ｌ／ｍｉｎ，气压为５．４?ＭＰａ；粉末粒度１００－１５０目，焦距（加工表面到激光头的??距离）６０?ｍｍ：光斑形状为圆形，直径为４?ｍｍ；搭接率为５０％?（指后一道熔??覆和前一道熔覆的重合部分占比）。如图１．１所示，通过同步送材的方式，激光??和熔覆粉末同时到达基体表面，在高能激光密度下，粉末和基体的表层同时被??融化，并以冶金方式结合在一起。最后形成的激光熔覆层表面如图２．１所示，??因为激光能量不均和凝固学等多方面的原因，其表面粗糙度远远超过了粗糙度??测量仪的测量范围。??■??嘯＿＿??图２．１激光熔覆层表面??随后为了检测激光熔覆层是否有微小缺陷的存在，在熔覆层空冷结束后进??行了着色探伤。着色探伤是一种表面无损检测，其将溶有彩色染料（如红色染料）??的渗透剂均匀喷涂在工件表面，让渗透剂渗入工件表面的微小缺陷中，而后清洗，??涂吸附剂，使裂纹等缺陷内的彩色油液渗至表面，根据彩色斑点和条纹发现并判??断缺陷所在位置。着色探伤剂由非离子表面活性剂、亲油性物质和染料配制而成。??本实验采用ＤＰＴ－５型号着色探伤剂，包括着色剂、清洗剂和显影剂。着色探伤的??基本原理如下（如图２．２），用着色剂喷涂在材料的表面，放置一段时间，等着色??剂充分进入试样的损伤部位，而后将表面的着色剂冲洗掉。在已经清洗干净的试??样表面喷涂显影剂，损伤部位之前渗入的着色剂在显影剂的作用下附着在试样??１５??
工具头的使用寿命。本实验中??工具头柱型半径Ｒ＝７．５ｍｍ，车床主轴转速为２００ｒ／ｍｉｎ，进给速度为０．２４ｍｍ／ｒ，??输出频率为３０?ｋＨｚ，振幅为９?ｐｍ。超声表面滚压压下量通过机床坐标来调节，??本实验超声波滚压压下量为０．０８?ｍｍ。超声表面滚压静压力主要是调节气缸的气??压所得，本实验中气缸的气压为０．３?ＭＰａ，气缸的直径为５０ｍｍ。其中静压力与??气缸半径和气压之间的关系如公式２－１，通过公式可得本实验所采用的静压力为??５８８．７５?Ｎ。超声表面滚压加工后的表面如图２．４黑色框内，表面呈镜齒状态，表??面质量大大提高。图２．４中红色箭头所指位置因超声滚压下压量参数选择过大出??现了表面压溃现象。??Ｆ?＝?Ｐ?ｘ?ＴＴ?ｘ?Ｒ２?（２－１）?????????？．备????ｄ?Ｉ－Ｔ＂?Ｉ??ｊｉ?幽＿１麵．．?§??Ｉ?ｉｎ＂：：，?＇夢??丨’．＇ｃ琢ｆｖ．＇＇＇．＇：＇．＇”??，２?３?４?５?６?７?８?９?ＨＭ?Ｖ?１２?＇?３?＼４?＼５?Ｉｆ??图２．４超声表面滚压强化后表面??２．４实验内容及方法??本实验在４５＃钢基体熔覆３１６Ｌ不锈钢粉末，设有三组样品：激光熔覆涂??层未经处理的、激光熔覆涂层经过车削处理的和激光熔覆涂层先经过车削处??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种陶瓷材料断裂韧性压痕法计算公式[J]. 孙亮,王家梁,石新正. 陶瓷学报. 2019(04)
[2]激光熔覆316L不锈钢残余应力工艺参数的优化模拟[J]. 王丽芳,孙亚新,朱刚贤,龚丞,宋天麟. 应用激光. 2019(03)
[3]纳米压痕表征技术的应用与发展[J]. 陈今龙,周素洪,叶兵,蒋海燕,丁文江. 热加工工艺. 2018(16)
[4]激光熔覆316L不锈钢涂层组织和性能的研究[J]. 叶四友,刘建永,杨伟. 表面技术. 2018(03)
[5]超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究[J]. 叶寒,赖刘生,李骏,刘森忠,熊晖. 表面技术. 2018(02)
[6]液压支架管激光熔覆316L不锈钢涂层组织与性能研究（英文）[J]. 张美美,刘斌,白培康. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2017(02)
[7]压痕法测定Mo5SiB2合金断裂韧性的经验方程确定[J]. 张来启,黄永安,黄蕾,林均品. 材料热处理学报. 2017(01)
[8]球压痕法评价16MnR钢的断裂韧性[J]. 魏中坤,伍声宝,关凯书. 机械工程材料. 2016(01)
[9]镁合金板材热态下成形极限预测研究[J]. 张小龙,曹晓卿,杨琳,樊奇,申潞潞. 锻压技术. 2013(04)
[10]硬质合金断裂韧度的测试研究现状[J]. 陈鼎,胡山,张忠健,徐涛,彭文,袁红梅. 粉末冶金技术. 2013(03)
硕士论文
[1]超声表面滚压工艺参数对45钢摩擦磨损性能的影响研究[D]. 张飞.江西理工大学 2018
[2]超声波滚压光整加工技术的实验研究[D]. 王琰.东北大学 2014
[3]超声表面纳米化对低合金钢摩擦磨损性能研究[D]. 王伟.中国石油大学 2011
本文编号：2998262
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２超声表面滚压（ａ）设备图和（ｂ）示意图??
８?ＫＷ，粉盘转速??为２．２?ｒ／ｍｉｎ?（送粉量由以上两个参数进行调节）；氩气作为保护气的流速为１０－??１５Ｌ／ｍｉｎ，气压为５．４?ＭＰａ；粉末粒度１００－１５０目，焦距（加工表面到激光头的??距离）６０?ｍｍ：光斑形状为圆形，直径为４?ｍｍ；搭接率为５０％?（指后一道熔??覆和前一道熔覆的重合部分占比）。如图１．１所示，通过同步送材的方式，激光??和熔覆粉末同时到达基体表面，在高能激光密度下，粉末和基体的表层同时被??融化，并以冶金方式结合在一起。最后形成的激光熔覆层表面如图２．１所示，??因为激光能量不均和凝固学等多方面的原因，其表面粗糙度远远超过了粗糙度??测量仪的测量范围。??■??嘯＿＿??图２．１激光熔覆层表面??随后为了检测激光熔覆层是否有微小缺陷的存在，在熔覆层空冷结束后进??行了着色探伤。着色探伤是一种表面无损检测，其将溶有彩色染料（如红色染料）??的渗透剂均匀喷涂在工件表面，让渗透剂渗入工件表面的微小缺陷中，而后清洗，??涂吸附剂，使裂纹等缺陷内的彩色油液渗至表面，根据彩色斑点和条纹发现并判??断缺陷所在位置。着色探伤剂由非离子表面活性剂、亲油性物质和染料配制而成。??本实验采用ＤＰＴ－５型号着色探伤剂，包括着色剂、清洗剂和显影剂。着色探伤的??基本原理如下（如图２．２），用着色剂喷涂在材料的表面，放置一段时间，等着色??剂充分进入试样的损伤部位，而后将表面的着色剂冲洗掉。在已经清洗干净的试??样表面喷涂显影剂，损伤部位之前渗入的着色剂在显影剂的作用下附着在试样??１５??
工具头的使用寿命。本实验中??工具头柱型半径Ｒ＝７．５ｍｍ，车床主轴转速为２００ｒ／ｍｉｎ，进给速度为０．２４ｍｍ／ｒ，??输出频率为３０?ｋＨｚ，振幅为９?ｐｍ。超声表面滚压压下量通过机床坐标来调节，??本实验超声波滚压压下量为０．０８?ｍｍ。超声表面滚压静压力主要是调节气缸的气??压所得，本实验中气缸的气压为０．３?ＭＰａ，气缸的直径为５０ｍｍ。其中静压力与??气缸半径和气压之间的关系如公式２－１，通过公式可得本实验所采用的静压力为??５８８．７５?Ｎ。超声表面滚压加工后的表面如图２．４黑色框内，表面呈镜齒状态，表??面质量大大提高。图２．４中红色箭头所指位置因超声滚压下压量参数选择过大出??现了表面压溃现象。??Ｆ?＝?Ｐ?ｘ?ＴＴ?ｘ?Ｒ２?（２－１）?????????？．备????ｄ?Ｉ－Ｔ＂?Ｉ??ｊｉ?幽＿１麵．．?§??Ｉ?ｉｎ＂：：，?＇夢??丨’．＇ｃ琢ｆｖ．＇＇＇．＇：＇．＇”??，２?３?４?５?６?７?８?９?ＨＭ?Ｖ?１２?＇?３?＼４?＼５?Ｉｆ??图２．４超声表面滚压强化后表面??２．４实验内容及方法??本实验在４５＃钢基体熔覆３１６Ｌ不锈钢粉末，设有三组样品：激光熔覆涂??层未经处理的、激光熔覆涂层经过车削处理的和激光熔覆涂层先经过车削处??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种陶瓷材料断裂韧性压痕法计算公式[J]. 孙亮,王家梁,石新正. 陶瓷学报. 2019(04)
[2]激光熔覆316L不锈钢残余应力工艺参数的优化模拟[J]. 王丽芳,孙亚新,朱刚贤,龚丞,宋天麟. 应用激光. 2019(03)
[3]纳米压痕表征技术的应用与发展[J]. 陈今龙,周素洪,叶兵,蒋海燕,丁文江. 热加工工艺. 2018(16)
[4]激光熔覆316L不锈钢涂层组织和性能的研究[J]. 叶四友,刘建永,杨伟. 表面技术. 2018(03)
[5]超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究[J]. 叶寒,赖刘生,李骏,刘森忠,熊晖. 表面技术. 2018(02)
[6]液压支架管激光熔覆316L不锈钢涂层组织与性能研究（英文）[J]. 张美美,刘斌,白培康. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2017(02)
[7]压痕法测定Mo5SiB2合金断裂韧性的经验方程确定[J]. 张来启,黄永安,黄蕾,林均品. 材料热处理学报. 2017(01)
[8]球压痕法评价16MnR钢的断裂韧性[J]. 魏中坤,伍声宝,关凯书. 机械工程材料. 2016(01)
[9]镁合金板材热态下成形极限预测研究[J]. 张小龙,曹晓卿,杨琳,樊奇,申潞潞. 锻压技术. 2013(04)
[10]硬质合金断裂韧度的测试研究现状[J]. 陈鼎,胡山,张忠健,徐涛,彭文,袁红梅. 粉末冶金技术. 2013(03)
硕士论文
[1]超声表面滚压工艺参数对45钢摩擦磨损性能的影响研究[D]. 张飞.江西理工大学 2018
[2]超声波滚压光整加工技术的实验研究[D]. 王琰.东北大学 2014
[3]超声表面纳米化对低合金钢摩擦磨损性能研究[D]. 王伟.中国石油大学 2011
本文编号：2998262
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