低裂纹敏感性高可靠激光熔覆Ni基复合粉末设计及其性能研究

发布时间：2017-10-12 02:33

  本文关键词：低裂纹敏感性高可靠激光熔覆Ni基复合粉末设计及其性能研究

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【摘要】：激光熔覆技术作为再制造工程中的关键技术已经开展了广泛的研究,熔覆材料直接决定了熔覆层的性能,Ni基粉末是三大合金粉末体系中最具性价比的一种熔覆层材料,已广泛应用于耐磨、耐蚀、耐冲击等多种工况下零件的表面强化与修复。然而,熔覆层裂纹缺陷使Ni基粉末的应用受到限制,采用工艺优化策略可以减少熔覆层裂纹产生,但存在一定的局限性。针对现有激光熔覆专用粉末研究较少的现状,本文基于材料学理论进行分析并通过大量的实验研究,研究一种低裂纹敏感性高可靠Ni基复合粉末材料,在可靠的激光熔覆层材料方面进行了有益探索。首先,对熔覆层裂纹的产生以及控制机理进行研究与分析。采用无损探伤剂检测熔覆层裂纹,运用数码体式显微镜对熔覆层的稀释率、对基体的润湿性进行测试,显微组织由数码金相显微系统观测与记录,维氏显微硬度计测试熔覆层硬度,选用万能摩擦磨损实验机对熔覆层耐磨性进行研究,对测试结果进行比较分析。然后,选用常用的Ni基和Co基合金粉末进行激光熔覆实验,针对大功率下熔覆层研究的缺失进行补充,着重开展了大功率参数下两种粉末熔覆层的表面质量、稀释率、裂纹敏感性、显微组织、显微硬度以及耐磨性的对比研究,并找出现有熔覆粉末的不足之处。研究结果表明Ni基粉末比Co基粉末拥有更高的熔覆层硬度以及耐磨性,在P=3500 W,v=360 mm/min的参数下可以获得无裂纹缺陷的熔覆层;Co基熔覆层只在火口处出现裂纹,而熔覆层主体部分不出现裂纹。但二者都无法达到基体的性能要求。考虑到Ni基粉末成本更低,通过强化以及成分改进,适合作为机械装备再制造的熔覆层材料。进一步,使用P=900 W,v=360 mm/min的工艺参数研究CeO_2,Y_2O_3,Cr的不同添加量对于熔覆层性能的影响,实验结果表明添加5%的CeO_2可以降低熔覆层的裂纹敏感性、提升表面硬度;添加Y_2O_3可以降低裂纹敏感性,但对熔覆层硬度以及表面质量存在不良的影响,不适宜用来改进熔覆层性能;15%添加量的Cr可以明显减小熔覆层的开裂倾向,同时不对基体性能产生不良影响。基于晶界强化、细晶强化、固溶强化机理设计了一种Ni基复合粉末,属于Ni-Co-Fe-Cr-Si系材料,采用WC陶瓷相进行性能强化。对制备粉末过程进行了实验研究,制备粉末的最佳转速为175 r/min,最佳混粉时间为50 min。在多种功率下对不含WC的合金粉末进行熔覆实验,熔覆层均不出现裂纹。在P=1200 W,v=360 mm/min的工艺参数下分别进行了WC含量为0%,10%,30%,50%和75%的实验研究,结果表明30%是WC的最佳含量,此时是熔覆层保证不开裂时可以达到的最高性能状态,硬度值可达562 HV_(0.2)。使用该粉末制备的熔覆层对20CrMnTi基材的润湿性较好,熔覆层性能与Ni60A相近且不出现熔覆层裂纹,是一种低裂纹敏感性的高可靠熔覆层材料。本文不仅为激光熔覆专用粉末的设计提供了参考,同时为受损零部件的激光熔覆再制造修复提供了技术支持以及一定的理论指导,对激光熔覆技术实现工业化应用做出一定贡献。
【关键词】：激光熔覆 Ni基 裂纹 粉末设计 再制造
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 引言14-15
• 1.2 再制造技术与工艺15-16
• 1.3 激光熔覆技术研究现状16-21
• 1.3.1 激光熔覆技术的特点17
• 1.3.2 激光熔覆工艺系统构成17-18
• 1.3.3 激光熔覆技术与工艺国内外研究现状18-19
• 1.3.4 激光熔覆裂纹的产生与抑制19-21
• 1.4 激光熔覆合金粉末体系与Ni基粉末应用现状21-22
• 1.4.1 激光熔覆合金粉末体系21
• 1.4.2 Ni基粉末应用现状21-22
• 1.5 论文的研究目的与内容22-24
• 1.5.1 本文的研究目的22
• 1.5.2 本文的研究内容22-24
• 第2章 激光熔覆实验系统构建与熔覆层性能测试方法研究24-32
• 2.1 激光熔覆实验材料24-25
• 2.1.1 基体材料24-25
• 2.1.2 熔覆粉末材料25
• 2.2 激光熔覆实验设备与方法25-27
• 2.2.1 半导体激光器25
• 2.2.2 光纤激光器25-26
• 2.2.3 激光熔覆方法26-27
• 2.3 熔覆层测试设备及方法27-31
• 2.3.1 熔覆层宏观分析27-29
• 2.3.2 熔覆层显微组织分析29
• 2.3.3 熔覆层性能测试29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 现有Ni基粉末激光熔覆性能分析及比较32-48
• 3.1 现有Ni基合金粉末特性与适用性分析32
• 3.2 单道激光熔覆实验32-42
• 3.2.1 实验设计32-34
• 3.2.2 熔覆层的宏观形貌34-35
• 3.2.3 熔覆层的裂纹敏感性35-37
• 3.2.4 熔覆层的稀释率37
• 3.2.5 熔覆层的显微组织分析37-40
• 3.2.6 熔覆层的硬度测试40-42
• 3.3 多道搭接熔覆实验42-47
• 3.3.1 实验设计42-43
• 3.3.2 熔覆层质量及裂纹敏感性43-44
• 3.3.3 熔覆层的稀释率44-45
• 3.3.4 熔覆层的表面硬度45
• 3.3.5 熔覆层的摩擦磨损性能测试45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 金属及化合物对Ni基合金粉末熔覆层裂纹敏感性及性能影响48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 CeO_2对于Ni基熔覆层的影响48-53
• 4.2.1 实验设计48
• 4.2.2 熔覆层的宏观形貌48-49
• 4.2.3 熔覆层的裂纹敏感性49-50
• 4.2.4 熔覆层的稀释率50-51
• 4.2.5 熔覆层对基体的润湿性51-52
• 4.2.6 熔覆层的硬度测试52-53
• 4.3 Y_2O_3对于Ni基熔覆层的影响53-57
• 4.3.1 实验设计53
• 4.3.2 熔覆层的宏观形貌53-54
• 4.3.3 熔覆层的裂纹敏感性54
• 4.3.4 熔覆层的稀释率54-55
• 4.3.5 熔覆层对基体的润湿性55-56
• 4.3.6 熔覆层的硬度测试56-57
• 4.4 Cr元素对于Ni基熔覆层的影响57-60
• 4.4.1 实验设计57
• 4.4.2 熔覆层的宏观形貌57-58
• 4.4.3 熔覆层的裂纹敏感性58
• 4.4.4 熔覆层的稀释率58-59
• 4.4.5 熔覆层对基体的润湿性59
• 4.4.6 熔覆层的硬度测试59-60
• 4.5 Ni基合金粉末成分与基体材料匹配关系图谱的构建60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 低裂纹敏感性高可靠Ni基复合粉末设计、制备与性能分析62-70
• 5.1 新型Ni基复合粉末开发技术路线62-63
• 5.2 新型Ni基复合粉末成分设计63-64
• 5.3 新型Ni基复合粉末的制备64-65
• 5.4 新型Ni基复合粉末性能强化实验与分析65-68
• 5.4.1 实验设计65-66
• 5.4.2 熔覆层的宏观形貌66
• 5.4.3 熔覆层的裂纹敏感性66-67
• 5.4.4 熔覆层的稀释率67
• 5.4.5 熔覆层对基体的润湿性67-68
• 5.4.6 熔覆层的硬度测试68
• 5.5 新型Ni基复合粉末与现有粉末的性能比较与分析68-69
• 5.6 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 工作总结70-71
• 6.2 工作展望71-72
• 参考文献72-80
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况80-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1016161