304不锈钢表面激光合金化制备FeMnSi记忆合金层研究
发布时间：2021-01-26 05:36
为改善304不锈钢表面物理和力学性能,本文通过添加粉末设计和激光工艺参数优化选择,采用同轴送粉激光合金化工艺,在304不锈钢表面原位制备了具有FeMnSi记忆合金成分的合金化层。对合金化层的相组成、耐腐蚀性能、显微硬度和耐磨损性能等进行了试验测试和分析,并通过ANSYS有限元软件对激光合金化过程中温度场分布进行了模拟和分析。选取激光功率、激光扫描速度、激光离焦量、载气流量和送粉速度作为主要工艺参数,通过分析单道合金化层的宏观形貌和横截面显微形貌初步确定各工艺参数取值范围后,利用响应面法以稀释率作为响应值获得工艺参数的回归方程和响应面图谱。利用回归方程分析表明,激光功率对稀释率的影响最大,载气流量次之,与实际试验加工过程中参数变化对宏观形貌和横截面形貌的影响相符,证明响应面法能够在实际试验中为工艺参数的合理选择和优化提供借鉴。以Fe17Mn5Si10Cr5Ni记忆合金为合金化层的目标成分,以基体Cr元素含量为基准对合金化添加粉末进行配制,通过多次试验得到接近目标成分合金化层的添加粉末配比为Mn:Si:Cr:Ni=42.591:14.916:0:0.166（Fe为余量）,与之相匹配的最优激...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１激光合金化原理图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ａｌｌｏｙｉｎｇ??１．２．１激光功率??
?３０４不锈钢表面激光合金化制备ＦｅＭｎＳｉ记忆合金层研究???多次，而在相同条件下，ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢循环应变疲劳寿命仅为１３０次。??（２）良好的耐磨性和较高表面接触疲劳强度??ＦｅＭｎＳｉ记忆合金在摩擦磨损过程中，摩擦应力诱发马氏体相变引起“相变强化”??和“相变变形”，可显著提高其表面耐磨损能力和接触疲劳强度。例如，不锈型??Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ记忆合金的耐磨性大大高于ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢（如图１．３所示［６１］）??而耐腐蚀性却相差不大。??Ｉ；?＿??（ａ）?Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ?合金?（ｂ）?ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ?不锈钢??图１．３?Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ合金和ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢在５０ｋｇ压力下??分别油磨５８５ｍｉｎ和１５ｍｉｎ后的磨痕??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｗｅａｒ?ｍａｒｋｓ?ｏｆ?Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ?ａｌｌｏｙ?ａｎｄ?ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ??ａｆｔｅｒ?ｏｉｌ?ｇｒｉｎｄｉｎｇ?ｆｏｒ?５８５ｍｉｎ?ａｎｄ?１５ｍｉｎ?ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ?ａｔ?５０ｋｇ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ??基于ＦｅＭｎＳｉ记忆合金优良的力学性能，本文提出在３０４不锈钢表面激光合金化工??艺原位制备ＦｅＭｎＳｉ记忆合金层，利用ＦｅＭｎＳｉ记忆合金的应力自适应特性来提高合金??化层的耐磨性、接触疲劳强度等力学性能；同时，ＦｅＭｎＳｉ记忆合金层中的残余应力将??成为相变驱动力诱发Ｙ—ｓ马氏体相变，其相变变形（膨胀）将松弛合金化层中的残余??应力，这将有助于解决合金化层裂纹及工件变形问题。??１．６本文的研究意义及
（ａ）所示。该送粉装置有两个独立粉筒，可分开或一同使用，每个粉筒都可通过调节??载气流量改变粉末流的流速，通过调节转盘速度调节单位时间送粉量，粉末流由ＰＵ管??导入送粉喷嘴。该送粉装置可以实现两种不同粉末的实时混合送粉，并且可在加工过程??中通过分别调整两筒内粉盘转速和载气流量控制两种不同粉末的送粉速度，从而实现加??工过程中的粉末配比调整。送粉器喷嘴安装在激光头下方，喷嘴轴线与激光聚焦后的焦??点位于同一直线上。该送粉喷嘴最下端每隔１２０°有一个出粉口，使粉末可以汇聚于一??点（如图２．２（ｂ）所示），并且可以通过螺纹调节上下位置，以根据需要调节粉末焦点与激??光焦点的相对位置。??＿偏??（ａ）送粉装置?（ｂ）?ｐ粉喷嘴??图２．２送粉装置和送粉喷嘴??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｏｗｄｅｒ?ｆｅｅｄｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｐｏｗｄｅｒ?ｆｅｅｄｉｎｇ?ｎｏｚｚｌｅ??激光合金化添加粉末采用球磨法自制，方法如下：使用精度为Ｏ．ｌｍｇ的ＦＡｌ?１４电子??天平按比例称取相应质量的元素粉末，使用ＱＭ－１型卧式球磨机将配置粉末混合均匀，??速度设置为４００ｒ／ｍｉｎ球磨］２小时。球磨使用的磨球为为刚玉磨球，磨球与粉末质量比??为１０：１，通过球与球、球与罐之间的碰撞来破碎较大颗粒粉末达到细化粉末的目的［６２１。??－１１?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光维持等离子体钛合金表面渗氮研究进展[J]. 郭晋昌,石玗,耿培彪,朱明. 材料导报. 2020(05)
[2]8620钢的真空低压渗碳热处理工艺[J]. 王同,薛丹若,刘俊祥,丛培武,陆文林. 金属热处理. 2019(11)
[3]新型铝锂合金激光焊接数值模拟分析及其试验验证[J]. 金阳,王少刚,黄炜,李立泽. 热加工工艺. 2019(21)
[4]活性激光焊接304不锈钢温度场的数值与试验研究[J]. 梅丽芳,秦建红,严东兵. 激光技术. 2020(04)
[5]叶片用316L不锈钢表面激光合金化铬涂层性能及参数优化[J]. 王雪艳. 真空科学与技术学报. 2019(09)
[6]铝及铝合金阳极氧化的发展现状[J]. 陈晶,成阳,陈东琛,姜志平. 江西化工. 2019(04)
[7]轴承表面改性技术的研究现状与展望[J]. 刘蕾,孙剑伟. 材料开发与应用. 2019(04)
[8]45钢表面激光熔覆层成形效果及稀释率研究[J]. 董冬梅,陈菊芳,雷卫宁. 热加工工艺. 2019(04)
[9]45钢激光表面铬合金化的制备工艺[J]. 林基辉,李耀,郭栋,戴姣燕,陈垚,徐金富. 金属热处理. 2018(12)
[10]激光熔覆新型Co-Al-W合金熔覆层的工艺及组织[J]. 徐仰涛,王晨. 应用激光. 2018(06)
博士论文
[1]含Cl离子水介质中304不锈钢热-力耦合腐蚀行为与寿命预测[D]. 何山林.哈尔滨工业大学 2018
[2]钛合金激光合金化表面改性技术研究[D]. 刘正道.华东理工大学 2014
硕士论文
[1]304不锈钢激光制备自润滑复合涂层微观组织结构和力学性能[D]. 王勉.中南林业科技大学 2019
[2]304奥氏体不锈钢电子束表面改性组织与性能研究[D]. 王静.重庆理工大学 2019
[3]铁尾矿配制建筑薄砌砂浆的应用研究[D]. 柴玉莹.北京工业大学 2018
[4]响应面法在结构优化应用上的研究[D]. 彭聪聪.上海海洋大学 2017
[5]304奥氏体不锈钢在NaOH+Cl-+H2O复杂介质环境下的应力腐蚀试验研究[D]. 林志祥.浙江工业大学 2017
[6]基于ANSYS的非稳定渗流数值模拟及防渗优化研究[D]. 老西飞.天津大学 2014
[7]激光固溶合金化同步复合强化分光聚焦系统模拟与光学设计[D]. 安福平.浙江工业大学 2013
[8]基于响应面法的拉延工艺参数优化设计[D]. 文艺.华中科技大学 2013
[9]AZ31B镁合金表面激光合金化碳化硅/不锈钢复合涂层数值模拟[D]. 邱斌.华东交通大学 2012
本文编号：3000565
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１激光合金化原理图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ａｌｌｏｙｉｎｇ??１．２．１激光功率??
?３０４不锈钢表面激光合金化制备ＦｅＭｎＳｉ记忆合金层研究???多次，而在相同条件下，ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢循环应变疲劳寿命仅为１３０次。??（２）良好的耐磨性和较高表面接触疲劳强度??ＦｅＭｎＳｉ记忆合金在摩擦磨损过程中，摩擦应力诱发马氏体相变引起“相变强化”??和“相变变形”，可显著提高其表面耐磨损能力和接触疲劳强度。例如，不锈型??Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ记忆合金的耐磨性大大高于ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢（如图１．３所示［６１］）??而耐腐蚀性却相差不大。??Ｉ；?＿??（ａ）?Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ?合金?（ｂ）?ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ?不锈钢??图１．３?Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ合金和ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢在５０ｋｇ压力下??分别油磨５８５ｍｉｎ和１５ｍｉｎ后的磨痕??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｗｅａｒ?ｍａｒｋｓ?ｏｆ?Ｆｅｌ７Ｍｎ５ＳｉｌＯＣｒ４Ｎｉ?ａｌｌｏｙ?ａｎｄ?ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ??ａｆｔｅｒ?ｏｉｌ?ｇｒｉｎｄｉｎｇ?ｆｏｒ?５８５ｍｉｎ?ａｎｄ?１５ｍｉｎ?ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ?ａｔ?５０ｋｇ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ??基于ＦｅＭｎＳｉ记忆合金优良的力学性能，本文提出在３０４不锈钢表面激光合金化工??艺原位制备ＦｅＭｎＳｉ记忆合金层，利用ＦｅＭｎＳｉ记忆合金的应力自适应特性来提高合金??化层的耐磨性、接触疲劳强度等力学性能；同时，ＦｅＭｎＳｉ记忆合金层中的残余应力将??成为相变驱动力诱发Ｙ—ｓ马氏体相变，其相变变形（膨胀）将松弛合金化层中的残余??应力，这将有助于解决合金化层裂纹及工件变形问题。??１．６本文的研究意义及
（ａ）所示。该送粉装置有两个独立粉筒，可分开或一同使用，每个粉筒都可通过调节??载气流量改变粉末流的流速，通过调节转盘速度调节单位时间送粉量，粉末流由ＰＵ管??导入送粉喷嘴。该送粉装置可以实现两种不同粉末的实时混合送粉，并且可在加工过程??中通过分别调整两筒内粉盘转速和载气流量控制两种不同粉末的送粉速度，从而实现加??工过程中的粉末配比调整。送粉器喷嘴安装在激光头下方，喷嘴轴线与激光聚焦后的焦??点位于同一直线上。该送粉喷嘴最下端每隔１２０°有一个出粉口，使粉末可以汇聚于一??点（如图２．２（ｂ）所示），并且可以通过螺纹调节上下位置，以根据需要调节粉末焦点与激??光焦点的相对位置。??＿偏??（ａ）送粉装置?（ｂ）?ｐ粉喷嘴??图２．２送粉装置和送粉喷嘴??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｏｗｄｅｒ?ｆｅｅｄｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｐｏｗｄｅｒ?ｆｅｅｄｉｎｇ?ｎｏｚｚｌｅ??激光合金化添加粉末采用球磨法自制，方法如下：使用精度为Ｏ．ｌｍｇ的ＦＡｌ?１４电子??天平按比例称取相应质量的元素粉末，使用ＱＭ－１型卧式球磨机将配置粉末混合均匀，??速度设置为４００ｒ／ｍｉｎ球磨］２小时。球磨使用的磨球为为刚玉磨球，磨球与粉末质量比??为１０：１，通过球与球、球与罐之间的碰撞来破碎较大颗粒粉末达到细化粉末的目的［６２１。??－１１?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光维持等离子体钛合金表面渗氮研究进展[J]. 郭晋昌,石玗,耿培彪,朱明. 材料导报. 2020(05)
[2]8620钢的真空低压渗碳热处理工艺[J]. 王同,薛丹若,刘俊祥,丛培武,陆文林. 金属热处理. 2019(11)
[3]新型铝锂合金激光焊接数值模拟分析及其试验验证[J]. 金阳,王少刚,黄炜,李立泽. 热加工工艺. 2019(21)
[4]活性激光焊接304不锈钢温度场的数值与试验研究[J]. 梅丽芳,秦建红,严东兵. 激光技术. 2020(04)
[5]叶片用316L不锈钢表面激光合金化铬涂层性能及参数优化[J]. 王雪艳. 真空科学与技术学报. 2019(09)
[6]铝及铝合金阳极氧化的发展现状[J]. 陈晶,成阳,陈东琛,姜志平. 江西化工. 2019(04)
[7]轴承表面改性技术的研究现状与展望[J]. 刘蕾,孙剑伟. 材料开发与应用. 2019(04)
[8]45钢表面激光熔覆层成形效果及稀释率研究[J]. 董冬梅,陈菊芳,雷卫宁. 热加工工艺. 2019(04)
[9]45钢激光表面铬合金化的制备工艺[J]. 林基辉,李耀,郭栋,戴姣燕,陈垚,徐金富. 金属热处理. 2018(12)
[10]激光熔覆新型Co-Al-W合金熔覆层的工艺及组织[J]. 徐仰涛,王晨. 应用激光. 2018(06)
博士论文
[1]含Cl离子水介质中304不锈钢热-力耦合腐蚀行为与寿命预测[D]. 何山林.哈尔滨工业大学 2018
[2]钛合金激光合金化表面改性技术研究[D]. 刘正道.华东理工大学 2014
硕士论文
[1]304不锈钢激光制备自润滑复合涂层微观组织结构和力学性能[D]. 王勉.中南林业科技大学 2019
[2]304奥氏体不锈钢电子束表面改性组织与性能研究[D]. 王静.重庆理工大学 2019
[3]铁尾矿配制建筑薄砌砂浆的应用研究[D]. 柴玉莹.北京工业大学 2018
[4]响应面法在结构优化应用上的研究[D]. 彭聪聪.上海海洋大学 2017
[5]304奥氏体不锈钢在NaOH+Cl-+H2O复杂介质环境下的应力腐蚀试验研究[D]. 林志祥.浙江工业大学 2017
[6]基于ANSYS的非稳定渗流数值模拟及防渗优化研究[D]. 老西飞.天津大学 2014
[7]激光固溶合金化同步复合强化分光聚焦系统模拟与光学设计[D]. 安福平.浙江工业大学 2013
[8]基于响应面法的拉延工艺参数优化设计[D]. 文艺.华中科技大学 2013
[9]AZ31B镁合金表面激光合金化碳化硅/不锈钢复合涂层数值模拟[D]. 邱斌.华东交通大学 2012
本文编号：3000565
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3000565.html
