激光熔覆Fe-Cr-C系合金涂层的性能优化研究
发布时间：2021-03-23 11:19
3Cr13不锈钢材料以其独特的耐蚀性和一定的硬度值,在刀具领域具有广泛应用,但成分设计的天然性不足限定了其在高端刀具的延伸应用,难以满足人们对于刀具的高端使用要求。利用激光熔覆技术在其表面制备高硬度、耐磨损、抗腐蚀氧化且结合强度高的合金涂层,可以有效地解决这种问题的困扰。其中,熔覆粉末材料的选择举足轻重。本文依据现有粉末体系设计理念,综合考虑涂层高硬度值与耐蚀性匹配的问题,提出可溶性第二相粉末强化涂层的Fe-Cr-C系合金粉末材料理念,根据大量工艺试验及正交优化试验得到的工艺参数制备合金涂层,系统的对合金涂层的组织和性能展开研究,并通过热处理以及加入稀土氧化物对熔覆层进行改性,以期改善熔覆层组织,得到高硬度和良好耐蚀性相结合等综合性能优异的熔覆涂层。通过研究分析得到以下结论:1.采用激光同步送粉熔覆技术在3Cr13表面制备出Fe-Cr-C系合金涂层,对熔覆层组织、界面强度、硬度、抗腐蚀等性能进行分析,结果表明:对应载荷为5.1580 kN时试样断裂而未出现熔覆层脱落现象,证明熔覆层与基体材料达到优异的冶金结合效果。熔覆层组织致密,气孔、夹渣等缺陷含量显著降低,熔覆层组织为晶内马氏体+残...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
熔覆材料添加的两种类型(a)粉末粘结预置式(b)同步送粉式两种送粉方式相比，同步送粉法具有更多的优点，自动化程度高，可根据实
ρs(%XS%Xp+s) ρp(%Xp+S%Xp)释率，ρp为合金粉末材料密度，ρs为母材密质量分数，%Xs为元素 X 在基体材料中的占的比重。对简单的测算方法，如图 1.2 所示，其计算η =S1S1S2 100% 层稀释率，S1为熔覆层横截面面积，mm2；区域母材宽度存在比例关系，对上式进行对η =H1H1H2 100% 层高度，mm；H2为搭接区基体熔深，mm
刀具使用寿命提高 10 倍以上，颠覆了传统刀具行业理念。图 1.3 中国激光产业链拓扑图1.3 激光熔覆技术目前存在的问题激光熔覆技术是一种有效开拓延伸传统材料应用领域的技术手段，具有广阔的应用前景，它涉及材料科学、光学工程、控制工程和凝聚态物理多学科领域，是激光先进制造技术发展的压舱石[1]。但由于其相对短暂的开发与研究周期，理论框架体系研究处于相对薄弱阶段，限制着熔覆技术的快速推广与发展，亟须相应的理论框架来指导对应的研究工作。以下几个方面是目前存在的问题。(1) 理论基础不完善。应该从动力学、物理学、结晶学和相变学等学科背景着手，系统研究激光快速极冷极热的熔融凝固行为，揭示材料显微组织的形核、演变及界面推移的规律，以及冷凝过程中溶质元素的非平衡分配规律，熔池对流现象及搭接区结合线稳定性的问题等，进一步完善和推动快速熔融凝固理论、物相转变理论和冶金结合界面理论等相关理论框架建设。(2) 熔覆层质量问题。(a) 涂层宏观开裂和内置微裂纹是影响激光熔覆技术投向市场的重要阻碍。一方面激光熔覆工艺本身快速加温、极速冷却的特性，再包括涂层材料与母材在热膨胀系数、熔点、弹性模量等方面的区别，在两块不同材料间存在不同的应力，作用在熔覆层上的表现形式是拉应力，激光熔覆过程中相变应力、热应力和拘束应力的综合作用是产生这种残余应力的主要原因。熔覆层中的孔洞、硬质相、夹杂物棱角、薄弱晶界等处是产生应力集中的易发区域，致使应力在此产生微观裂纹、宏观裂纹等。(b) 剥落问题也会因两种材料的不匹配而存在，导致熔覆层质量不合格。主要是由于结合界面处存在孔隙、孔洞、夹杂等缺陷，以及冶金结合效果不足，在高载荷作用下发生疲劳破坏而脱落。(c) 气孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]3Cr14不锈钢表面激光熔覆S390粉末高速钢涂层的组织及回火转变特征[J]. 郭铁明,蒲亚博,李强,张瑞华,栗子林. 兰州理工大学学报. 2018(06)
[2]超声振动及热处理对激光直接成形IN718高温合金组织及性能的影响[J]. 王潭,张安峰,梁少端,张骁,严深平,张连重,李涤尘. 稀有金属材料与工程. 2018(11)
[3]焊后热处理对309L熔敷金属性能的影响[J]. 汪丽丽,王培培,杨巨文. 发电设备. 2018(05)
[4]激光表面处理技术在重工业领域的研究和应用进展[J]. 覃敏. 装备制造技术. 2017(12)
[5]钨极氩弧焊熔池动态行为和焊工调控特征信息检测与分析[J]. 樊丁,顿小春,张刚,石玗. 机械工程学报. 2018(02)
[6]焊缝金属解理断裂微观机理[J]. 陈剑虹,曹睿. 金属学报. 2017(11)
[7]气氛保护对灰铸铁激光重熔区气孔的影响[J]. 张坤,刘克元,叶正挺,赵海兴,杨高林,崔金鹏,胡勇,姚建华. 中国激光. 2018(01)
[8]三种常用不锈钢的耐局部腐蚀性能[J]. 孙京丽,邹丹,金晶,李莉,刘海英. 材料研究学报. 2017(09)
[9]药芯焊丝中B元素对铁基堆焊金属性能的影响[J]. 贾华,刘政军,勾健. 热加工工艺. 2017(17)
[10]增材制造用金属粉末材料及其制备技术[J]. 张飞,高正江,马腾,张鹏,李文英,陈欣. 工业技术创新. 2017(04)
硕士论文
[1]3Cr14不锈钢表面激光熔覆0.3C-18Cr合金涂层性能优化研究[D]. 蒲亚博.兰州理工大学 2018
[2]热处理时长和温度对激光熔覆钛基复合涂层组织和力学性能的影响[D]. 翟永杰.苏州大学 2017
[3]高锰钢表面等离子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂层的组织与性能研究[D]. 杨宏欢.广东工业大学 2016
[4]316L不锈钢激光熔覆组织凝固机理及热处理研究[D]. 葛旭东.燕山大学 2016
[5]不锈钢刀具激光熔覆层制备及性能分析[D]. 许广伟.兰州理工大学 2016
[6]激光熔覆硅化物三元合金涂层的组织与性能研究[D]. 卢云龙.上海工程技术大学 2015
[7]Cr、C对高铬铸铁等离子熔覆层及其微观组织的影响[D]. 宋庆雷.中国矿业大学 2014
[8]激光熔覆制备高速钢涂层的工艺优化与组织性能研究[D]. 王正一.东北大学 2011
[9]高性能激光成型专用铁基合金的研制[D]. 高莉莉.山东大学 2009
本文编号：3095700
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
熔覆材料添加的两种类型(a)粉末粘结预置式(b)同步送粉式两种送粉方式相比，同步送粉法具有更多的优点，自动化程度高，可根据实
ρs(%XS%Xp+s) ρp(%Xp+S%Xp)释率，ρp为合金粉末材料密度，ρs为母材密质量分数，%Xs为元素 X 在基体材料中的占的比重。对简单的测算方法，如图 1.2 所示，其计算η =S1S1S2 100% 层稀释率，S1为熔覆层横截面面积，mm2；区域母材宽度存在比例关系，对上式进行对η =H1H1H2 100% 层高度，mm；H2为搭接区基体熔深，mm
刀具使用寿命提高 10 倍以上，颠覆了传统刀具行业理念。图 1.3 中国激光产业链拓扑图1.3 激光熔覆技术目前存在的问题激光熔覆技术是一种有效开拓延伸传统材料应用领域的技术手段，具有广阔的应用前景，它涉及材料科学、光学工程、控制工程和凝聚态物理多学科领域，是激光先进制造技术发展的压舱石[1]。但由于其相对短暂的开发与研究周期，理论框架体系研究处于相对薄弱阶段，限制着熔覆技术的快速推广与发展，亟须相应的理论框架来指导对应的研究工作。以下几个方面是目前存在的问题。(1) 理论基础不完善。应该从动力学、物理学、结晶学和相变学等学科背景着手，系统研究激光快速极冷极热的熔融凝固行为，揭示材料显微组织的形核、演变及界面推移的规律，以及冷凝过程中溶质元素的非平衡分配规律，熔池对流现象及搭接区结合线稳定性的问题等，进一步完善和推动快速熔融凝固理论、物相转变理论和冶金结合界面理论等相关理论框架建设。(2) 熔覆层质量问题。(a) 涂层宏观开裂和内置微裂纹是影响激光熔覆技术投向市场的重要阻碍。一方面激光熔覆工艺本身快速加温、极速冷却的特性，再包括涂层材料与母材在热膨胀系数、熔点、弹性模量等方面的区别，在两块不同材料间存在不同的应力，作用在熔覆层上的表现形式是拉应力，激光熔覆过程中相变应力、热应力和拘束应力的综合作用是产生这种残余应力的主要原因。熔覆层中的孔洞、硬质相、夹杂物棱角、薄弱晶界等处是产生应力集中的易发区域，致使应力在此产生微观裂纹、宏观裂纹等。(b) 剥落问题也会因两种材料的不匹配而存在，导致熔覆层质量不合格。主要是由于结合界面处存在孔隙、孔洞、夹杂等缺陷，以及冶金结合效果不足，在高载荷作用下发生疲劳破坏而脱落。(c) 气孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]3Cr14不锈钢表面激光熔覆S390粉末高速钢涂层的组织及回火转变特征[J]. 郭铁明,蒲亚博,李强,张瑞华,栗子林. 兰州理工大学学报. 2018(06)
[2]超声振动及热处理对激光直接成形IN718高温合金组织及性能的影响[J]. 王潭,张安峰,梁少端,张骁,严深平,张连重,李涤尘. 稀有金属材料与工程. 2018(11)
[3]焊后热处理对309L熔敷金属性能的影响[J]. 汪丽丽,王培培,杨巨文. 发电设备. 2018(05)
[4]激光表面处理技术在重工业领域的研究和应用进展[J]. 覃敏. 装备制造技术. 2017(12)
[5]钨极氩弧焊熔池动态行为和焊工调控特征信息检测与分析[J]. 樊丁,顿小春,张刚,石玗. 机械工程学报. 2018(02)
[6]焊缝金属解理断裂微观机理[J]. 陈剑虹,曹睿. 金属学报. 2017(11)
[7]气氛保护对灰铸铁激光重熔区气孔的影响[J]. 张坤,刘克元,叶正挺,赵海兴,杨高林,崔金鹏,胡勇,姚建华. 中国激光. 2018(01)
[8]三种常用不锈钢的耐局部腐蚀性能[J]. 孙京丽,邹丹,金晶,李莉,刘海英. 材料研究学报. 2017(09)
[9]药芯焊丝中B元素对铁基堆焊金属性能的影响[J]. 贾华,刘政军,勾健. 热加工工艺. 2017(17)
[10]增材制造用金属粉末材料及其制备技术[J]. 张飞,高正江,马腾,张鹏,李文英,陈欣. 工业技术创新. 2017(04)
硕士论文
[1]3Cr14不锈钢表面激光熔覆0.3C-18Cr合金涂层性能优化研究[D]. 蒲亚博.兰州理工大学 2018
[2]热处理时长和温度对激光熔覆钛基复合涂层组织和力学性能的影响[D]. 翟永杰.苏州大学 2017
[3]高锰钢表面等离子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂层的组织与性能研究[D]. 杨宏欢.广东工业大学 2016
[4]316L不锈钢激光熔覆组织凝固机理及热处理研究[D]. 葛旭东.燕山大学 2016
[5]不锈钢刀具激光熔覆层制备及性能分析[D]. 许广伟.兰州理工大学 2016
[6]激光熔覆硅化物三元合金涂层的组织与性能研究[D]. 卢云龙.上海工程技术大学 2015
[7]Cr、C对高铬铸铁等离子熔覆层及其微观组织的影响[D]. 宋庆雷.中国矿业大学 2014
[8]激光熔覆制备高速钢涂层的工艺优化与组织性能研究[D]. 王正一.东北大学 2011
[9]高性能激光成型专用铁基合金的研制[D]. 高莉莉.山东大学 2009
本文编号：3095700
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3095700.html
