交变磁场下铁基合金粉末激光熔层组织与性能研究

发布时间：2017-08-10 22:00

  本文关键词：交变磁场下铁基合金粉末激光熔层组织与性能研究

  更多相关文章： 激光熔覆 交变磁场 铁基合金涂层 宏观形貌 微观组织 力学性能

【摘要】：激光熔覆过程中,由于基材与粉末热物性的差异,以及熔覆层过大的冷却速度,熔覆层中容易产生裂纹、气孔、夹杂等缺陷,熔覆层底部组织晶粒粗大、具有方向性,不利于熔覆层性能的进一步提高。本文根据电磁冶金理论,设计了一种交变磁场发生装置,将其产生的交变磁场施加于铁基合金粉末的激光熔覆过程,研究该交变磁场对熔覆层的宏观形貌、显微组织和力学性能等方面的影响,从而形成一种改善熔覆层质量,减少内部裂纹和气孔等缺陷的新工艺方法。通过磁场分析软件Vizimag,模拟了永磁体在不同夹角下所产生的磁场类型,并最终确定了一种实验采用的类正弦交变磁场,确定了装置中永磁体间距、转速等物理参数与所产生交变磁场的振幅、频率之间的对应关系,并通过高斯计对磁场的实际测量验证了模拟数据的准确性。讨论了晶核形成的热力学条件和晶核长大的动力学条件。从外加交变磁场改变热力学和动力学条件的角度出发,揭示了交变磁场使枝晶臂熔断,增加对流熔池从而细化晶粒的机制。分析了激光熔覆过程中,覆层中常见的裂纹、气孔和夹杂等形成的原因,以及电磁力使气孔和夹杂分离的原理,为交变磁场下激光熔覆实验奠定理论基础。以Q235A为基材,在其表面制备工程中常用的铁基涂层,首先在没有外加交变磁场的条件下,确定针对该基材和粉末的激光熔覆的最佳工艺参数。在此基础上,将交变磁场作用于激光熔覆过程,研究了其对熔覆层宏观形貌和稀释率的影响,以及不同的磁场参数的作用规律。借助金相显微镜研究了交变磁场下熔覆层微观组织的变化,以及不同磁场振幅和频率对涂层结构的影响,揭示了组织中等轴晶向柱状晶转变的机理。XRD分析显示,外界交变磁场的作用前后,熔覆层的物相变化不明显。对比分析了没有磁场作用和外加交变磁场作用下,熔覆层的拉伸、冲击、显微硬度等力学性能和摩擦磨损特性,试验表明,熔覆层抗拉性能、冲击韧性、硬度和耐磨性均有一定幅度的提高,从而验证了细化的微观组织能使综合性能得到提高。
【关键词】：激光熔覆 交变磁场 铁基合金涂层 宏观形貌 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景与意义10-12
• 1.2 课题国内外研究现状12-14
• 1.2.1 外场辅助激光熔覆技术发展现状12-13
• 1.2.2 电磁冶金技术发展现状13-14
• 1.3 利用交变磁场改善激光熔覆层质量的基本原理14-16
• 1.4 课题的来源和主要研究内容16-17
• 第2章 交变磁场的设计17-23
• 2.1 引言17
• 2.2 旋转永磁体型交变磁场原理17-20
• 2.2.1 交变磁场的产生17-18
• 2.2.2 交变磁场的变换18-20
• 2.3 交变磁场的设计20-21
• 2.3.1 结构设计20-21
• 2.3.2 材料设计21
• 2.3.3 功能设计21
• 2.4 交变磁场的测量21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 交变磁场对熔覆层凝固组织的作用研究23-33
• 3.1 引言23
• 3.2 交变磁场对凝固组织的作用机理23-28
• 3.2.1 晶核的形成和长大过程23-26
• 3.2.2 交变磁场对结晶过程的影响26-28
• 3.3 交变磁场对熔覆层缺陷的抑制作用28-32
• 3.3.1 熔覆层缺陷类型28-31
• 3.3.2 交变磁场分离气孔的原理31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 交变磁场下的熔覆层宏观形貌和微观组织33-49
• 4.1 引言33
• 4.2 实验方法33-40
• 4.2.1 实验材料33-34
• 4.2.2 实验设备34-36
• 4.2.3 对比试样的制备与分析36-40
• 4.3 交变磁场对熔覆层形状特征和表面质量的影响及规律40-45
• 4.3.1 对形状特征的影响40-42
• 4.3.2 对稀释率的影响42-43
• 4.3.3 对表面质量的影响43-45
• 4.4 对微观组织的影响45-48
• 4.4.1 激光熔覆的凝固过程45-46
• 4.4.2 交变磁场对凝固过程的作用和规律46-47
• 4.4.3 对物相的影响47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 交变磁场下合金熔覆层性能研究49-59
• 5.1 引言49
• 5.2 显微硬度测试49-51
• 5.2.1 实验方法49-50
• 5.2.2 实验结果分析50-51
• 5.3 拉伸性能试验和拉伸断口分析51-53
• 5.3.1 拉伸性能分析51-52
• 5.3.2 拉伸断口分析52-53
• 5.4 冲击韧性53-55
• 5.4.1 实验方法53-55
• 5.4.2 实验结果55
• 5.5 耐磨性测试55-58
• 5.5.1 试样的制备55-56
• 5.5.2 摩擦副材料的选择56-57
• 5.5.3 实验过程57
• 5.5.4 实验结果57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果64-65
• 致谢65

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本文编号：652832