17-4PH不锈钢固溶与合金化激光复合强化工艺与性能研究

论文摘要

17-4PH沉淀硬化不锈钢强韧兼备、抗蚀性能优且易于调整强度级别,因而在大容量轮机部件、核反应堆部件等重要装备中应用广泛。由于17-4PH不锈钢材料自身的限制,使得普通的淬火处理无法使其获得硬化组织。针对常规的整体固溶+时效处理方式中存在的工件变形问题,渗碳渗氮表面喷涂处理存在的强化层厚度薄及结合力弱等问题,提出了激光固溶与合金化同步复合强化技术,从而获得了表层为合金化层、次表层为固溶层的深层强化组织。本文研究了不同工艺制度下获得的激光复合强化层的组织形貌、元素分布及物相构成,检测了强化层的硬度、表面耐磨损性能及抗气蚀性能,并据此找出最佳处理方案和工艺参数。实验研究表明,激光同步复合强化技术在17-4PH不锈钢基体表面生成了沿深度方向分布依次为合金化区、结合区、热影响区、固溶区及基体的复合强化层。固溶层深度达到1.5mm以上,时效后表面最高硬度600HV0.2,强化层平均硬度435HV0.2以上,较基体提高32%。时效后合金化区由于Al0.28Co0.4Cr0.24W0.08等金属间化合物部分分解硬度略有下降,而固溶区因沉淀硬化相（M23C6、ε-Cu等）的析出使得其硬度显著提升。并且在几组较优参数下,强化层性能有良好表现,经同等条件下的测试,复合强化层磨损失重仅为基体的1/6,气蚀失重仅为基体的46%,其耐磨抗蚀性能得到显著提高。激光同步复合强化工艺对比实验证明了先合金化后固溶的复合强化方式的可行性,表明在小面积光斑下也能完成对材料的深层固溶。这为双光束激光同步复合强化方法投入实际生产提供了技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 不锈钢及17-4PH不锈钢
• 1.2 17-4PH不锈钢的常规处理工艺
• 1.2.1 17-4PH不锈钢的传统固溶时效工艺
• 1.2.2 17-4PH不锈钢的表面强化方法
• 1.3 17-4PH不锈钢的激光表面强化技术
• 1.3.1 激光表面熔覆技术
• 1.3.2 激光表面合金化技术
• 1.3.3 激光表面固溶强化技术
• 1.4 17-4PH不锈钢在轮机叶片中的应用及失效分析
• 1.5 本课题的研究内容、意义及技术路线
• 1.5.1 研究的目的和意义
• 1.5.2 课题研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 第2章 实验准备及测试
• 2.1 实验材料与准备
• 2.1.1 实验基材的准备
• 2.1.2 合金粉末的设计与选用
• 2.2 实验方法与实验设备
• 2.2.1 预处理
• 2.2.2 激光处理
• 2.2.3 试样的分析测试
• 第3章 激光固溶/合金化复合强化工艺研究
• 3.1 激光固溶/合金化复合强化试验
• 3.2 不同工艺参数下的试样表面形貌
• 3.3 激光复合强化区显微结构及物相分析
• 3.4 激光复合强化层的硬度分析
• 3.4.1 时效前后强化层硬度对比
• 3.4.2 不同工艺参数下激光复合强化层硬度
• 3.5 激光复合强化层的元素分布及结合区软化分析
• 3.6 激光复合强化层的耐磨损与抗气蚀性能
• 3.6.1 强化层摩擦磨损试验
• 3.6.2 强化层抗气蚀性能测试
• 3.7 本章小结
• 第4章 激光合金化固溶复合强化工艺研究
• 4.1 激光合金化/固溶复合强化试验
• 4.2 不同处理方式的强化层形貌
• 4.3 激光复合强化层的硬度分析
• 4.4 激光复合强化层耐磨性能测试
• 4.5 固溶元素的扩散研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果