1Cr18Ni9Ti钢表面激光熔覆Ni60/WC-CeO2工艺优化及熔覆层性能研究

论文摘要

激光熔覆技术作为激光应用众多领域中的一个分支,是一种新的表面改性技术,它是通过在基材表面添加熔覆粉末,利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层迅速熔凝的方法,在基材表面熔覆一层具有特殊化学、物理或者力学性能的材料,从而构成一种新的复合材料表面,用于改善或者修复零部件,延长其使用寿命。本文以1Cr18Ni9Ti钢为研究对象,重点研究了1Cr18Ni9Ti钢表面激光熔覆Ni基合金的工艺和熔覆层的显微组织、显微硬度、耐磨性能等综合性能,通过正交试验对不同激光功率参数下熔覆层综合性能对比分析,选择出较佳的激光熔覆工艺参数配比。在此基础上研究在Ni基合金中添加WC硬质相、稀土氧化物CeO2和Mo粉后对熔覆层组织性能的改善情况,并利用ANSYS软件分析激光工艺参数对1Cr18Ni9Ti钢表面激光熔覆Ni基合金制取的熔覆层温度场的影响。通过对熔覆层性能分析表明:制取的熔覆层显微组织较基材显著细化;显微硬度相对于基材有很大的提高,但就其分布而言不是很均匀,显微硬度峰值出现于熔覆层次表面;熔覆层的耐磨性能明显提高。这些均是细晶强化、硬质相强化、固溶强化等多种强化机制的共同作用的结果。在较优激光工艺参数下,在Ni基合金中添加硬质相WC,制取的熔覆层显微硬度有所提高但增加幅度不大,而其耐磨性能则提高较多;在此基础上再添加少量稀土氧化物CeO2发现熔覆层晶粒得到细化,显微硬度值和耐磨性能均有进一步提高。在较优激光工艺参数下,于Ni基合金中添加Mo粉,制得的熔覆层开裂敏感性降低,硬度稍有下降,但耐磨性却有一定提高,熔覆层综合性能优良。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光熔覆的基本原理和特点
• 1.3 激光熔覆技术的工艺方法
• 1.4 激光熔覆使用的设备
• 1.5 激光熔覆材料
• 1.5.1 激光熔覆复合涂层机理
• 1.5.2 激光熔覆材料的类别和选择的原则
• 1.6 激光熔覆技术的工业应用
• 1.7 覆技术的研究与现状
• 1.7.1 技术理论模型的研究
• 1.7.2 激光熔覆层性能研究
• 1.7.3 不锈钢基材激光熔覆技术的研究
• 1.7.4 氧化铈粉末对熔覆层改性作用的研究
• 1.8 激光熔覆技术的发展方向
• 1.9 本文研究的主要内容
• 第二章 1Cr18Ni9Ti钢激光表面熔覆实验设计
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 激光熔覆工艺
• 2.2.1 基材表面预处理
• 2.2.2 预热与后处理
• 2.2.3 激光熔覆工艺参数
• 2.2.4 稀释率
• 2.3 工艺参数的正交试验设计
• 2.4 实验操作流程
• 2.5 实验方法与步骤
• 2.5.1 基材与熔覆材料的备制
• 2.5.2 进行激光熔覆操作
• 2.5.3 测试试样的制备
• 2.5.4 试样显微硬度测定
• 2.5.5 试样金相组织观察
• 2.5.6 试样耐磨性测定
• 2.6 熔覆层组织性能及理论分析
• 2.7 熔覆层的搭接方式
• 2.8 实验中熔覆层裂纹问题分析
• 2.8.1 熔覆层裂纹的形成机理
• 2.8.2 控制裂纹的措施
• 第三章 1Cr18Ni9Ti钢激光表面熔覆工艺参数优化
• 3.1 激光工艺参数对熔覆层显微硬度的影响
• 3.1.1 激光功率对熔覆层显微硬度的影响
• 3.1.2 离焦量对熔覆层显微硬度的影响
• 3.1.3 扫描速度对熔覆层显微硬度的影响
• 3.2 激光工艺参数对熔覆层耐磨性的影响
• 3.3 激光工艺参数对显微组织的影响
• 3.3.1 激光熔覆层的显微组织
• 3.3.2 工艺参数扫描速度对显微组织的影响
• 3.4 正交试验法确定较优激光工艺参数
• 3.4.1 激光熔覆层显微硬度的正交实验分析
• 3.4.2 激光熔覆层耐磨性的正交实验分析
• 3.4.3 选取制取较优综合性能熔覆层的工艺参数
• 3.5 本章小结
• 第四章 激光工艺参数对1Cr18Ni9Ti钢激光熔覆Ni60温度场数值模拟
• 4.1 建立模型并划分网格
• 4.2 关于温度场有限元基础
• 4.3 温度场模拟结果
• 4.3.1 激光功率对激光熔覆温度场的影响
• 4.3.2 扫描速度对激光熔覆温度场的影响
• 4.3.3 较优工艺参数下激光熔覆模拟结果
• 4.4 本章小结
• 2性能研究'>第五章 1Cr18Ni9Ti钢激光熔覆Ni60/WC-CeO₂性能研究
• 5.1 WC 对1Cr18Ni9Ti 钢激光熔覆Ni60 熔覆层性能的影响
• 5.1.1 WC 对熔覆层显微组织的影响
• 5.1.2 WC 对熔覆层显微硬度的影响
• 5.1.3 WC 对熔覆层耐磨性的影响
• 5.1.4 最佳的Ni/WC 配比
• 2 对1Cr18Ni9Ti 钢激光熔覆Ni60/25% WC 熔覆层性能的影响'>5.2 CeO₂ 对1Cr18Ni9Ti 钢激光熔覆Ni60/25% WC 熔覆层性能的影响
• 2 对熔覆层形貌的影响'>5.2.1 CeO₂对熔覆层形貌的影响
• 2 对熔覆层显微组织的影响'>5.2.2 CeO₂对熔覆层显微组织的影响
• 2 对熔覆层显微硬度的影响'>5.2.3 CeO₂对熔覆层显微硬度的影响
• 2 对熔覆层耐磨性能的影响'>5.2.4 CeO₂对熔覆层耐磨性能的影响
• 2 配比'>5.2.5 最佳的Ni/WC-CeO₂配比
• 5.3 Mo 对1Cr18Ni9Ti 钢激光熔覆Ni60 后组织性能的影响
• 5.3.1 Mo 对熔覆层显微组织的影响
• 5.3.2 Mo 对熔覆层显微硬度的影响
• 5.3.3 Mo 对熔覆层耐磨性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要工作回顾
• 6.2 本课题今后需进一步研究的地方
• 参考文献
• 个人简历 读研期间发表的学术论文和参与编写的出版物
• 致谢