本文關(guān)鍵詞：低裂紋敏感性高可靠激光熔覆Ni基復(fù)合粉末設(shè)計及其性能研究

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【摘要】：激光熔覆技術(shù)作為再制造工程中的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)開展了廣泛的研究,熔覆材料直接決定了熔覆層的性能,Ni基粉末是三大合金粉末體系中最具性價比的一種熔覆層材料,已廣泛應(yīng)用于耐磨、耐蝕、耐沖擊等多種工況下零件的表面強(qiáng)化與修復(fù)。然而,熔覆層裂紋缺陷使Ni基粉末的應(yīng)用受到限制,采用工藝優(yōu)化策略可以減少熔覆層裂紋產(chǎn)生,但存在一定的局限性。針對現(xiàn)有激光熔覆專用粉末研究較少的現(xiàn)狀,本文基于材料學(xué)理論進(jìn)行分析并通過大量的實(shí)驗(yàn)研究,研究一種低裂紋敏感性高可靠Ni基復(fù)合粉末材料,在可靠的激光熔覆層材料方面進(jìn)行了有益探索。首先,對熔覆層裂紋的產(chǎn)生以及控制機(jī)理進(jìn)行研究與分析。采用無損探傷劑檢測熔覆層裂紋,運(yùn)用數(shù)碼體式顯微鏡對熔覆層的稀釋率、對基體的潤濕性進(jìn)行測試,顯微組織由數(shù)碼金相顯微系統(tǒng)觀測與記錄,維氏顯微硬度計測試熔覆層硬度,選用萬能摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)對熔覆層耐磨性進(jìn)行研究,對測試結(jié)果進(jìn)行比較分析。然后,選用常用的Ni基和Co基合金粉末進(jìn)行激光熔覆實(shí)驗(yàn),針對大功率下熔覆層研究的缺失進(jìn)行補(bǔ)充,著重開展了大功率參數(shù)下兩種粉末熔覆層的表面質(zhì)量、稀釋率、裂紋敏感性、顯微組織、顯微硬度以及耐磨性的對比研究,并找出現(xiàn)有熔覆粉末的不足之處。研究結(jié)果表明Ni基粉末比Co基粉末擁有更高的熔覆層硬度以及耐磨性,在P=3500 W,v=360 mm/min的參數(shù)下可以獲得無裂紋缺陷的熔覆層;Co基熔覆層只在火口處出現(xiàn)裂紋,而熔覆層主體部分不出現(xiàn)裂紋。但二者都無法達(dá)到基體的性能要求�？紤]到Ni基粉末成本更低,通過強(qiáng)化以及成分改進(jìn),適合作為機(jī)械裝備再制造的熔覆層材料。進(jìn)一步,使用P=900 W,v=360 mm/min的工藝參數(shù)研究CeO_2,Y_2O_3,Cr的不同添加量對于熔覆層性能的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加5%的CeO_2可以降低熔覆層的裂紋敏感性、提升表面硬度;添加Y_2O_3可以降低裂紋敏感性,但對熔覆層硬度以及表面質(zhì)量存在不良的影響,不適宜用來改進(jìn)熔覆層性能;15%添加量的Cr可以明顯減小熔覆層的開裂傾向,同時不對基體性能產(chǎn)生不良影響�；诰Ы鐝�(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化機(jī)理設(shè)計了一種Ni基復(fù)合粉末,屬于Ni-Co-Fe-Cr-Si系材料,采用WC陶瓷相進(jìn)行性能強(qiáng)化。對制備粉末過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,制備粉末的最佳轉(zhuǎn)速為175 r/min,最佳混粉時間為50 min。在多種功率下對不含WC的合金粉末進(jìn)行熔覆實(shí)驗(yàn),熔覆層均不出現(xiàn)裂紋。在P=1200 W,v=360 mm/min的工藝參數(shù)下分別進(jìn)行了WC含量為0%,10%,30%,50%和75%的實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明30%是WC的最佳含量,此時是熔覆層保證不開裂時可以達(dá)到的最高性能狀態(tài),硬度值可達(dá)562 HV_(0.2)。使用該粉末制備的熔覆層對20CrMnTi基材的潤濕性較好,熔覆層性能與Ni60A相近且不出現(xiàn)熔覆層裂紋,是一種低裂紋敏感性的高可靠熔覆層材料。本文不僅為激光熔覆專用粉末的設(shè)計提供了參考,同時為受損零部件的激光熔覆再制造修復(fù)提供了技術(shù)支持以及一定的理論指導(dǎo),對激光熔覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用做出一定貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 Ni基 裂紋 粉末設(shè)計 再制造
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(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9-11
• Abstract11-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 引言14-15
• 1.2 再制造技術(shù)與工藝15-16
• 1.3 激光熔覆技術(shù)研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3.1 激光熔覆技術(shù)的特點(diǎn)17
• 1.3.2 激光熔覆工藝系統(tǒng)構(gòu)成17-18
• 1.3.3 激光熔覆技術(shù)與工藝國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.4 激光熔覆裂紋的產(chǎn)生與抑制19-21
• 1.4 激光熔覆合金粉末體系與Ni基粉末應(yīng)用現(xiàn)狀21-22
• 1.4.1 激光熔覆合金粉末體系21
• 1.4.2 Ni基粉末應(yīng)用現(xiàn)狀21-22
• 1.5 論文的研究目的與內(nèi)容22-24
• 1.5.1 本文的研究目的22
• 1.5.2 本文的研究內(nèi)容22-24
• 第2章 激光熔覆實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建與熔覆層性能測試方法研究24-32
• 2.1 激光熔覆實(shí)驗(yàn)材料24-25
• 2.1.1 基體材料24-25
• 2.1.2 熔覆粉末材料25
• 2.2 激光熔覆實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法25-27
• 2.2.1 半導(dǎo)體激光器25
• 2.2.2 光纖激光器25-26
• 2.2.3 激光熔覆方法26-27
• 2.3 熔覆層測試設(shè)備及方法27-31
• 2.3.1 熔覆層宏觀分析27-29
• 2.3.2 熔覆層顯微組織分析29
• 2.3.3 熔覆層性能測試29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 現(xiàn)有Ni基粉末激光熔覆性能分析及比較32-48
• 3.1 現(xiàn)有Ni基合金粉末特性與適用性分析32
• 3.2 單道激光熔覆實(shí)驗(yàn)32-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計32-34
• 3.2.2 熔覆層的宏觀形貌34-35
• 3.2.3 熔覆層的裂紋敏感性35-37
• 3.2.4 熔覆層的稀釋率37
• 3.2.5 熔覆層的顯微組織分析37-40
• 3.2.6 熔覆層的硬度測試40-42
• 3.3 多道搭接熔覆實(shí)驗(yàn)42-47
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計42-43
• 3.3.2 熔覆層質(zhì)量及裂紋敏感性43-44
• 3.3.3 熔覆層的稀釋率44-45
• 3.3.4 熔覆層的表面硬度45
• 3.3.5 熔覆層的摩擦磨損性能測試45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 金屬及化合物對Ni基合金粉末熔覆層裂紋敏感性及性能影響48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 CeO_2對于Ni基熔覆層的影響48-53
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計48
• 4.2.2 熔覆層的宏觀形貌48-49
• 4.2.3 熔覆層的裂紋敏感性49-50
• 4.2.4 熔覆層的稀釋率50-51
• 4.2.5 熔覆層對基體的潤濕性51-52
• 4.2.6 熔覆層的硬度測試52-53
• 4.3 Y_2O_3對于Ni基熔覆層的影響53-57
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計53
• 4.3.2 熔覆層的宏觀形貌53-54
• 4.3.3 熔覆層的裂紋敏感性54
• 4.3.4 熔覆層的稀釋率54-55
• 4.3.5 熔覆層對基體的潤濕性55-56
• 4.3.6 熔覆層的硬度測試56-57
• 4.4 Cr元素對于Ni基熔覆層的影響57-60
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計57
• 4.4.2 熔覆層的宏觀形貌57-58
• 4.4.3 熔覆層的裂紋敏感性58
• 4.4.4 熔覆層的稀釋率58-59
• 4.4.5 熔覆層對基體的潤濕性59
• 4.4.6 熔覆層的硬度測試59-60
• 4.5 Ni基合金粉末成分與基體材料匹配關(guān)系圖譜的構(gòu)建60-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第5章 低裂紋敏感性高可靠Ni基復(fù)合粉末設(shè)計、制備與性能分析62-70
• 5.1 新型Ni基復(fù)合粉末開發(fā)技術(shù)路線62-63
• 5.2 新型Ni基復(fù)合粉末成分設(shè)計63-64
• 5.3 新型Ni基復(fù)合粉末的制備64-65
• 5.4 新型Ni基復(fù)合粉末性能強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與分析65-68
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計65-66
• 5.4.2 熔覆層的宏觀形貌66
• 5.4.3 熔覆層的裂紋敏感性66-67
• 5.4.4 熔覆層的稀釋率67
• 5.4.5 熔覆層對基體的潤濕性67-68
• 5.4.6 熔覆層的硬度測試68
• 5.5 新型Ni基復(fù)合粉末與現(xiàn)有粉末的性能比較與分析68-69
• 5.6 本章小結(jié)69-70
• 第6章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 工作總結(jié)70-71
• 6.2 工作展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況80-82
• 致謝82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1016161