本文關(guān)鍵詞：NbC顆粒復(fù)合鎳基非晶涂層激光熔覆工藝及性能表征

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【摘要】：激光非晶化技術(shù)是用連續(xù)激光對待加工零部件表面進行均勻掃描,使零部件表面形成一定厚度的非晶組織,可大大提高其表面硬度、耐蝕及耐磨性能,在材料表面改性領(lǐng)域具有十分巨大的潛在應(yīng)用價值,目前受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視,是表面工程技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一。本文采用大功率光纖激光器同軸送粉熔覆的方式,一步法在低碳鋼表面獲得非晶復(fù)合熔覆層,從而達到提高低碳鋼表面硬度,改善其耐磨性的目的。主要研究內(nèi)容包括:激光熔覆參數(shù)對熔覆層宏觀成形及稀釋率、微觀組織、相結(jié)構(gòu)及非晶體積含量的影響規(guī)律;熔覆層截面由表及里不同位置的組織形成機制;搭接熔覆層后道熔覆對前道熔覆層組織和性能的影響行為;熔覆層顯微硬度和耐磨性能的測試與分析等。研究結(jié)果表明:采用一步激光熔覆法在低碳鋼表面成功制備了由非晶相、NbC相和少量枝晶相組成的非晶復(fù)合涂層。激光功率會影響熔覆層和基體之間的稀釋率,隨激光功率的增大,熔覆層的稀釋率逐漸增大,熔覆層中獲得非晶相體積含量逐漸較少。隨熱輸入的降低,熔覆層高度也隨之降低,涂層中非晶含量逐漸增加,當熱輸入為50.0J/mm時,非晶所占的比例可達80.9%。借助維氏顯微硬度儀、摩擦磨損試驗機等測試方式對熔覆層的硬度及耐磨性進行測試。測試結(jié)果表明,熔覆層的截面由表及里硬度值逐漸下降,熔覆層靠近頂部的硬度值最高,并且隨著熱輸入的降低,熔覆層的平均顯微硬度逐漸增加。摩擦磨損試驗結(jié)果表明,由于熔覆層的高硬度及增強相NbC的貢獻,熔覆層的耐磨性與基體相比有了很大提高,熔覆層摩擦系數(shù)值最小且波動平緩,磨損量也最低。隨著激光熔覆熱輸入降低,熔覆層磨損量逐漸降低,摩擦系數(shù)也呈減小趨勢,波動幅度也逐漸降低,熔覆層的磨痕形貌也得出了相似的規(guī)律。采用ANSYS有限元軟件,并利用其單元生死功能模擬了激光熔覆鎳基非晶復(fù)合熔覆層制備過程的溫度場分布,并獲得了不同激光熔覆熱輸入條件和熔覆層不同位置的熱循環(huán)曲線。結(jié)果表明,當熱輸入為50.0J/mm時熔覆層由表及里的峰值溫度逐漸降低,熔覆層表面溫度峰值為1578.53℃,另外,熔體冷卻速率也由表及里逐漸下降,其表層冷卻速率可達16086.5 K/s,遠遠大于本文采用的鎳基非晶合金采用銅�？齑慵夹g(shù)所需的臨界冷卻速率。隨著激光熔覆熱輸入降低,熔覆層的峰值溫度也逐漸降低,其冷卻速率呈逐漸上升的趨勢。觀察分析了在熱輸入為50.0J/mm時激光熔覆熔覆層的組織分布,結(jié)果表明,從熔覆層與基體的界面到熔覆層的頂端,組織呈梯度分布。在基體/熔覆層界面,生成了平面晶,胞狀晶和柱狀樹枝晶,隨后發(fā)生柱狀晶向等軸晶生長轉(zhuǎn)變,在熔覆層中部主要由非晶相、NbC顆粒相以及等軸晶相組成。由于受到溫度梯度(G)和凝固速率(R)的影響,隨著G/R比值的增加,熔覆層組織的凝固特征由平面生長到胞狀晶、柱狀樹枝晶及等軸晶。當冷卻速率(G?R)超過了制備非晶復(fù)合熔覆層的臨界冷卻速率時,實現(xiàn)了對熔體的“凍結(jié)”作用,在激光熔覆過程中獲得了非晶相。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 鎳基 非晶復(fù)合熔覆層 微觀組織 性能
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(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2-4
• ABSTRACT4-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展12-20
• 1.2.1 大塊非晶合金的研究現(xiàn)狀及發(fā)展12-14
• 1.2.2 激光工藝制備非晶熔覆層國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.3 激光熔覆熱過程數(shù)值模擬研究進展19-20
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容20-21
• 第2章 試驗材料及方法21-26
• 2.1 試驗材料21-22
• 2.1.1 熔覆粉末21
• 2.1.2 基體材料21-22
• 2.2 實驗的設(shè)備及方法22-23
• 2.2.1 實驗設(shè)備22-23
• 2.2.2 實驗方法23
• 2.3 熔覆層組織及性能測試所用設(shè)備與方法23-26
• 2.3.1 熔覆層組織、成分以及相的觀察和分析23-24
• 2.3.2 熔覆層的性能測試24-26
• 第3章 激光熔覆NI基非晶復(fù)合熔覆層成形及組織26-56
• 3.1 引言26
• 3.2 激光熔覆鎳基非晶復(fù)合熔覆層的工藝參數(shù)優(yōu)化26-30
• 3.3 激光功率對稀釋率及對熔覆層組織和物相的影響30-42
• 3.3.1 激光功率對熔覆層稀釋率的影響30-33
• 3.3.2 稀釋率對熔覆層界面組織的影響33-34
• 3.3.3 不同的稀釋率對熔覆層中間組織的影響34-35
• 3.3.4 不同稀釋率下熔覆層元素分布35-38
• 3.3.5 不同稀釋率下熔覆層物相的分析38-42
• 3.4 熱輸入變化對熔覆層組織的影響42-49
• 3.5 搭接熔覆層熱影響區(qū)的組織及性能49-54
• 3.5.1 搭接熔覆層熱影響區(qū)組織的研究49-53
• 3.5.2 搭接對激光熔覆層性能的影響53-54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 第4章 激光熔覆鎳基非晶復(fù)合熔覆層性能表征56-63
• 4.1 顯微硬度測試56-58
• 4.2 摩擦磨損測試58-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 第5章 激光熔覆制備鎳基非晶復(fù)合熔覆層的形成機制63-79
• 5.1 引言63
• 5.2 基于生死單元的激光熔覆溫度場數(shù)值模擬63-74
• 5.2.1 實體模型的建立65
• 5.2.2 邊界條件與加載熱源65-66
• 5.2.3 材料屬性66-67
• 5.2.4 網(wǎng)格的劃分67-68
• 5.2.5 模擬計算結(jié)果68-74
• 5.3 熔覆層微觀組織的形成機制74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-79
• 結(jié)論79-81
• 參考文獻81-86
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及申請的專利86-87
• 致謝87-88
• 中文詳細摘要88-94

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本文編號：1069440