镍基合金功能表面耦合仿生激光熔覆工艺及其性能研究
发布时间：2022-02-17 20:54
H13钢是使用最广泛和最具代表性的热作模具钢,凭借其优越的性能被广泛应用于热镦锻、热挤压和压铸模具等热作模具。热作模具主要的失效形式是热疲劳和磨损,其中80%的失效来自功能表面。因此,提高H13钢功能表面的抗热疲劳和耐磨性对延长其使用寿命具有重要的现实意义。为了提高H13钢表面的耐磨性和抗热疲劳性能,本文采用激光熔覆技术与仿生耦合理论相结合的方法在H13钢表面制备了以镍基合金为主的功能表面,并从工艺和材料等方面展开研究,以进一步提高模具使用寿命。主要研究如下:（1）通过在H13钢表面进行了大量的熔覆Ni60粉末实验,不仅获得了Ni60激光熔覆工艺参数与显微硬度之间的影响曲线,而且得到了过冷度对显微硬度的影响,即通过调节过冷度能够显著改变组织结构和晶粒大小,过冷度过大或过小都会影响形核率和晶体长大速率的比值,大的过冷度能够抑制杂质的析出,有利于抑制裂纹。（2）为了提高显微硬度和减少裂纹,将25%WC混入Ni60粉末进行激光熔覆加工实验。结果显示:熔覆层的裂纹随着WC和Ni60送粉电压比的减小而逐渐减小;当WC和Ni60送粉电压比变为2:3时熔覆层的裂纹开始消失,只是不能消除熔覆层的气泡;...
【文章来源】：辽宁工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
仿生鲨鱼皮SEM图
能表面仿生结构及制备方法能表面仿生结构论是贝壳、树叶、蜻蜓还是其它生物对裂纹的阻挡作用，都是通过裂纹的纹能量的损耗来减少裂纹的，因此根据这些特性结合生物原型就能够制备仿生结构，来抑制热疲劳裂纹。1）条形结构学家们在研究植物叶片时发现，不管什么样的叶片都是由柔软的叶肉和比组成。通常叶脉又由强韧性较好的维管束和机械组织构成，这也正是叶脉肉薄壁细胞的关键所在。这种高强韧性和低裂纹抵抗力的组织结构相间组贝壳结构十分相似，只不过组织类型不同而对裂纹起抵抗作用结构形式确，这也正是大自然的聪明之处。美人蕉叶脉之间虽然有一定的弧度，但其此根据美人蕉叶脉的组成形式简化出条形结构如图 2.1 所示。
造成了文石结构在有机和文石结构界面频繁偏转的来回偏转，从而消耗了形成裂纹的能量，使得贝壳的裂纹扩展受到限制这和水泥砖墙非常相似。根据贝壳的有机物和文石层的组成形式可以把贝壳的珍珠层结构简化为结构间距小于20mm的四边形结构如图2.2。图 2.2 哈利组织结构、砖墙向四边形结构转化Fig. 2.2 Harry's organizational structure, brick wall to quadrilateral structure（3）三角形和四边形结构研究发现[57]，整个翅膀由质地坚硬呈网络状分布的翅脉和柔软的翅膜组成，使得蜻蜓的翅膀有相当高的强韧性、稳定性和承载能力，因此能够很好的保持蜻蜓在空中，长时间以一定的频率和振幅来回的煽动，而不至于被空气的阻力折断。即使蜻蜓翅膜出现裂纹，裂纹扩展到蜻蜓脉翅时也将发生偏转消耗大量的能量，因此蜻蜓的翅膀据有很好的抗疲劳性能。根据蜻蜓翅脉四边形网状和近三角形网状结构组成加上翅脉和薄膜所占的面积比小于 1:8，可以把蜻蜓翅膀简化成结构间距小于 8mm 的三角形和四边形网状结
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光再制造技术的发展及应用[J]. 董景隆,高红东,沈俊萍. 矿山机械. 2019(01)
[2]热输入对激光焊接800MPa级微合金化碳锰钢接头显微组织和力学性能的影响[J]. 王瑾,陆岚. 机械工程材料. 2018(12)
[3]Ti6Al4V表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层研究[J]. 苏科强,李玉新,张鹏飞,吴利芸,张宏建,尉利强,李昕宸,郑博方. 表面技术. 2018(12)
[4]仿生蛾眼抗反射结构成像系统研制[J]. 董亭亭,张国伟,郭劼,吴锦双,张为国,付跃刚. 红外与激光工程. 2019(01)
[5]飞秒激光诱导仿生超疏水材料表面的研究进展[J]. 张径舟,陈烽,雍佳乐,杨青,侯洵. 激光与光电子学进展. 2018(11)
[6]高频电手术刀表面激光制备仿生鲨鱼皮微结构的研究[J]. 杨立军,刘楠,闫程程,李晨,陈威,张达. 陕西科技大学学报. 2018(05)
[7]Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响[J]. 雷临苹,叶宏,宋坤,卢秀华,郑杰,欧林南,冯凯. 表面技术. 2018(10)
[8]激光熔覆Cr3C2/Ni基复合涂层的磨削特性[J]. 戴秋莲,张杰,尤芳怡. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[9]基于树蛙脚掌湿黏附的仿生手术夹钳表面研究[J]. 张力文,陈华伟,王炎,张鹏飞,张国凯,张德远. 机械工程学报. 2018(17)
[10]WC增强镍基合金激光熔覆层性能及其在刮板输送机中部槽上的应用[J]. 曹青,蔡志海,秦航,杨帆,梁秀兵. 应用激光. 2018(04)
博士论文
[1]钛合金表面二维条码激光直接标刻工艺研究[D]. 李春玲.山东大学 2018
[2]功能化微流控芯片的飞秒激光高效集成技术研究[D]. 许兵.中国科学技术大学 2018
[3]激光选区熔化成形NiTi形状记忆合金技术基础研究[D]. 关凯.华中科技大学 2017
[4]热作模具激光仿生耦合修复研究、生产试验及设备制造[D]. 丛大龙.吉林大学 2014
[5]激光仿生耦合处理灰铁材料的疲劳后磨损性能[D]. 张鹏.吉林大学 2014
[6]蜻蜓翅膀功能特性力学机制的仿生研究[D]. 李秀娟.吉林大学 2013
[7]基于沙漠蜥蜴生物耦合特性的仿生耐冲蚀试验研究[D]. 黄河.吉林大学 2012
硕士论文
[1]高强度铝合金焊接结构激光修复接头组织与性能研究[D]. 徐力栋.西南交通大学 2018
[2]激光重熔修复镍基合金微裂纹应力应变场的数值模拟[D]. 田应涛.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3630091
【文章来源】：辽宁工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
仿生鲨鱼皮SEM图
能表面仿生结构及制备方法能表面仿生结构论是贝壳、树叶、蜻蜓还是其它生物对裂纹的阻挡作用，都是通过裂纹的纹能量的损耗来减少裂纹的，因此根据这些特性结合生物原型就能够制备仿生结构，来抑制热疲劳裂纹。1）条形结构学家们在研究植物叶片时发现，不管什么样的叶片都是由柔软的叶肉和比组成。通常叶脉又由强韧性较好的维管束和机械组织构成，这也正是叶脉肉薄壁细胞的关键所在。这种高强韧性和低裂纹抵抗力的组织结构相间组贝壳结构十分相似，只不过组织类型不同而对裂纹起抵抗作用结构形式确，这也正是大自然的聪明之处。美人蕉叶脉之间虽然有一定的弧度，但其此根据美人蕉叶脉的组成形式简化出条形结构如图 2.1 所示。
造成了文石结构在有机和文石结构界面频繁偏转的来回偏转，从而消耗了形成裂纹的能量，使得贝壳的裂纹扩展受到限制这和水泥砖墙非常相似。根据贝壳的有机物和文石层的组成形式可以把贝壳的珍珠层结构简化为结构间距小于20mm的四边形结构如图2.2。图 2.2 哈利组织结构、砖墙向四边形结构转化Fig. 2.2 Harry's organizational structure, brick wall to quadrilateral structure（3）三角形和四边形结构研究发现[57]，整个翅膀由质地坚硬呈网络状分布的翅脉和柔软的翅膜组成，使得蜻蜓的翅膀有相当高的强韧性、稳定性和承载能力，因此能够很好的保持蜻蜓在空中，长时间以一定的频率和振幅来回的煽动，而不至于被空气的阻力折断。即使蜻蜓翅膜出现裂纹，裂纹扩展到蜻蜓脉翅时也将发生偏转消耗大量的能量，因此蜻蜓的翅膀据有很好的抗疲劳性能。根据蜻蜓翅脉四边形网状和近三角形网状结构组成加上翅脉和薄膜所占的面积比小于 1:8，可以把蜻蜓翅膀简化成结构间距小于 8mm 的三角形和四边形网状结
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光再制造技术的发展及应用[J]. 董景隆,高红东,沈俊萍. 矿山机械. 2019(01)
[2]热输入对激光焊接800MPa级微合金化碳锰钢接头显微组织和力学性能的影响[J]. 王瑾,陆岚. 机械工程材料. 2018(12)
[3]Ti6Al4V表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层研究[J]. 苏科强,李玉新,张鹏飞,吴利芸,张宏建,尉利强,李昕宸,郑博方. 表面技术. 2018(12)
[4]仿生蛾眼抗反射结构成像系统研制[J]. 董亭亭,张国伟,郭劼,吴锦双,张为国,付跃刚. 红外与激光工程. 2019(01)
[5]飞秒激光诱导仿生超疏水材料表面的研究进展[J]. 张径舟,陈烽,雍佳乐,杨青,侯洵. 激光与光电子学进展. 2018(11)
[6]高频电手术刀表面激光制备仿生鲨鱼皮微结构的研究[J]. 杨立军,刘楠,闫程程,李晨,陈威,张达. 陕西科技大学学报. 2018(05)
[7]Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响[J]. 雷临苹,叶宏,宋坤,卢秀华,郑杰,欧林南,冯凯. 表面技术. 2018(10)
[8]激光熔覆Cr3C2/Ni基复合涂层的磨削特性[J]. 戴秋莲,张杰,尤芳怡. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[9]基于树蛙脚掌湿黏附的仿生手术夹钳表面研究[J]. 张力文,陈华伟,王炎,张鹏飞,张国凯,张德远. 机械工程学报. 2018(17)
[10]WC增强镍基合金激光熔覆层性能及其在刮板输送机中部槽上的应用[J]. 曹青,蔡志海,秦航,杨帆,梁秀兵. 应用激光. 2018(04)
博士论文
[1]钛合金表面二维条码激光直接标刻工艺研究[D]. 李春玲.山东大学 2018
[2]功能化微流控芯片的飞秒激光高效集成技术研究[D]. 许兵.中国科学技术大学 2018
[3]激光选区熔化成形NiTi形状记忆合金技术基础研究[D]. 关凯.华中科技大学 2017
[4]热作模具激光仿生耦合修复研究、生产试验及设备制造[D]. 丛大龙.吉林大学 2014
[5]激光仿生耦合处理灰铁材料的疲劳后磨损性能[D]. 张鹏.吉林大学 2014
[6]蜻蜓翅膀功能特性力学机制的仿生研究[D]. 李秀娟.吉林大学 2013
[7]基于沙漠蜥蜴生物耦合特性的仿生耐冲蚀试验研究[D]. 黄河.吉林大学 2012
硕士论文
[1]高强度铝合金焊接结构激光修复接头组织与性能研究[D]. 徐力栋.西南交通大学 2018
[2]激光重熔修复镍基合金微裂纹应力应变场的数值模拟[D]. 田应涛.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3630091
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