發(fā)布時(shí)間：2017-08-10 22:00

  本文關(guān)鍵詞：交變磁場下鐵基合金粉末激光熔層組織與性能研究

  更多相關(guān)文章： 激光熔覆 交變磁場 鐵基合金涂層 宏觀形貌 微觀組織 力學(xué)性能

【摘要】：激光熔覆過程中,由于基材與粉末熱物性的差異,以及熔覆層過大的冷卻速度,熔覆層中容易產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾雜等缺陷,熔覆層底部組織晶粒粗大、具有方向性,不利于熔覆層性能的進(jìn)一步提高。本文根據(jù)電磁冶金理論,設(shè)計(jì)了一種交變磁場發(fā)生裝置,將其產(chǎn)生的交變磁場施加于鐵基合金粉末的激光熔覆過程,研究該交變磁場對熔覆層的宏觀形貌、顯微組織和力學(xué)性能等方面的影響,從而形成一種改善熔覆層質(zhì)量,減少內(nèi)部裂紋和氣孔等缺陷的新工藝方法。通過磁場分析軟件Vizimag,模擬了永磁體在不同夾角下所產(chǎn)生的磁場類型,并最終確定了一種實(shí)驗(yàn)采用的類正弦交變磁場,確定了裝置中永磁體間距、轉(zhuǎn)速等物理參數(shù)與所產(chǎn)生交變磁場的振幅、頻率之間的對應(yīng)關(guān)系,并通過高斯計(jì)對磁場的實(shí)際測量驗(yàn)證了模擬數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。討論了晶核形成的熱力學(xué)條件和晶核長大的動(dòng)力學(xué)條件。從外加交變磁場改變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件的角度出發(fā),揭示了交變磁場使枝晶臂熔斷,增加對流熔池從而細(xì)化晶粒的機(jī)制。分析了激光熔覆過程中,覆層中常見的裂紋、氣孔和夾雜等形成的原因,以及電磁力使氣孔和夾雜分離的原理,為交變磁場下激光熔覆實(shí)驗(yàn)奠定理論基礎(chǔ)。以Q235A為基材,在其表面制備工程中常用的鐵基涂層,首先在沒有外加交變磁場的條件下,確定針對該基材和粉末的激光熔覆的最佳工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,將交變磁場作用于激光熔覆過程,研究了其對熔覆層宏觀形貌和稀釋率的影響,以及不同的磁場參數(shù)的作用規(guī)律。借助金相顯微鏡研究了交變磁場下熔覆層微觀組織的變化,以及不同磁場振幅和頻率對涂層結(jié)構(gòu)的影響,揭示了組織中等軸晶向柱狀晶轉(zhuǎn)變的機(jī)理。XRD分析顯示,外界交變磁場的作用前后,熔覆層的物相變化不明顯。對比分析了沒有磁場作用和外加交變磁場作用下,熔覆層的拉伸、沖擊、顯微硬度等力學(xué)性能和摩擦磨損特性,試驗(yàn)表明,熔覆層抗拉性能、沖擊韌性、硬度和耐磨性均有一定幅度的提高,從而驗(yàn)證了細(xì)化的微觀組織能使綜合性能得到提高。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 交變磁場 鐵基合金涂層 宏觀形貌 微觀組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景與意義10-12
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 外場輔助激光熔覆技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 電磁冶金技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 利用交變磁場改善激光熔覆層質(zhì)量的基本原理14-16
• 1.4 課題的來源和主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 交變磁場的設(shè)計(jì)17-23
• 2.1 引言17
• 2.2 旋轉(zhuǎn)永磁體型交變磁場原理17-20
• 2.2.1 交變磁場的產(chǎn)生17-18
• 2.2.2 交變磁場的變換18-20
• 2.3 交變磁場的設(shè)計(jì)20-21
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20-21
• 2.3.2 材料設(shè)計(jì)21
• 2.3.3 功能設(shè)計(jì)21
• 2.4 交變磁場的測量21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第3章 交變磁場對熔覆層凝固組織的作用研究23-33
• 3.1 引言23
• 3.2 交變磁場對凝固組織的作用機(jī)理23-28
• 3.2.1 晶核的形成和長大過程23-26
• 3.2.2 交變磁場對結(jié)晶過程的影響26-28
• 3.3 交變磁場對熔覆層缺陷的抑制作用28-32
• 3.3.1 熔覆層缺陷類型28-31
• 3.3.2 交變磁場分離氣孔的原理31-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第4章 交變磁場下的熔覆層宏觀形貌和微觀組織33-49
• 4.1 引言33
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法33-40
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料33-34
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備34-36
• 4.2.3 對比試樣的制備與分析36-40
• 4.3 交變磁場對熔覆層形狀特征和表面質(zhì)量的影響及規(guī)律40-45
• 4.3.1 對形狀特征的影響40-42
• 4.3.2 對稀釋率的影響42-43
• 4.3.3 對表面質(zhì)量的影響43-45
• 4.4 對微觀組織的影響45-48
• 4.4.1 激光熔覆的凝固過程45-46
• 4.4.2 交變磁場對凝固過程的作用和規(guī)律46-47
• 4.4.3 對物相的影響47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 交變磁場下合金熔覆層性能研究49-59
• 5.1 引言49
• 5.2 顯微硬度測試49-51
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)方法49-50
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析50-51
• 5.3 拉伸性能試驗(yàn)和拉伸斷口分析51-53
• 5.3.1 拉伸性能分析51-52
• 5.3.2 拉伸斷口分析52-53
• 5.4 沖擊韌性53-55
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)方法53-55
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55
• 5.5 耐磨性測試55-58
• 5.5.1 試樣的制備55-56
• 5.5.2 摩擦副材料的選擇56-57
• 5.5.3 實(shí)驗(yàn)過程57
• 5.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果57-58
• 5.6 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果64-65
• 致謝65

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