發(fā)布時間：2021-04-12 08:37

　　研究了納秒脈沖光纖激光表面重熔對316L不銹鋼組織、力學(xué)性能和耐磨性能的影響,分別采用三維激光掃描共聚焦顯微鏡、金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡表征了重熔前后不銹鋼的表面形貌、顯微組織、拉伸斷口形貌與摩擦磨損形貌。結(jié)果表明:重熔層從底部到表層可分為平面晶區(qū)、枝晶生長區(qū)和表面等軸晶區(qū),激光重熔處理可將316L不銹鋼的抗拉強度從580MPa提高到710MPa,不銹鋼的表面硬度和耐磨性能也因此得到了顯著提高。 

【文章來源】：激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020,57(19)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

316L不銹鋼重熔前后的共聚焦表面形貌。（a）重熔前；（b）重熔后

圖3 顯微硬度分布曲線為了進(jìn)一步研究激光重熔試樣的表面性能，本文進(jìn)行了摩擦磨損試驗。激光重熔前后316L不銹鋼的磨損深度對比如圖5(a）所示，可見：在幾乎同等寬度的磨損程度下，原始試樣的磨損深度最大，達(dá)到了16.34μm；激光重熔后，由于表面硬度增大，磨損深度降低至約7.25μm。激光重熔前后316L不銹鋼磨損后的表面形貌如圖5(b）、（c）所示。由圖5(b）可見：原始試樣的磨損面凹凸不平，出現(xiàn)了大量的梨溝和層狀剝離帶，并帶有少量磨損顆粒，磨痕邊緣出現(xiàn)了剪切作用導(dǎo)致的塑性變形；此外，局部區(qū)域在磨損過程中產(chǎn)生了黏著，在反復(fù)摩擦作用下，黏著部位開裂，導(dǎo)致表面磨損較為嚴(yán)重。重熔后，試樣表面硬度提高，試樣表面沒有立即被破壞。在磨損過程中，前期脫落的微納米顆粒在摩擦過程中起到了“微納滾珠”的作用，將“滑動摩擦”部分轉(zhuǎn)變?yōu)椤皾L動摩擦”，避免了金屬摩擦表面的直接接觸，能夠很好地抵抗塑性形變，并起到了支撐作用。因此，激光重熔試樣表面的磨損形貌更加平整，如圖5(c）所示。

此外，從重熔層底部到表層，重熔組織可分為平面晶區(qū)（A區(qū)）、枝晶生長區(qū)（B區(qū)）和表面等軸晶區(qū)（C區(qū)）。重熔層的組織主要取決于溫度梯度（G）與凝固速度（R）之比G/R[19]。在熔池與基板界面處，溫度梯度G最大，凝固速度R最小，因此該處具有很大的G/R值，凝固組織是以低速生長的平面晶，在底部外延組織還沒有生長到表面時，熔池尾部沿水平方向生長的枝晶就已在該處凝結(jié)。隨凝固前沿向表面推移，溫度梯度G減小，凝固速度增大，導(dǎo)致G/R值減小，大部分平面晶沿著從熔池底部到表層的方向以多層、連續(xù)的方式生長，形成枝晶結(jié)構(gòu)。重熔層表面的凝固速度最大，且熔融的合金液可通過表面散熱形成細(xì)小的等軸晶。由重熔組織的局部放大圖可以看出，從重熔層的底部到表層，枝晶間距逐漸變大，平均間距從11.34μm增大到15.67μm。這主要是由于界面與掃描速度方向近似垂直，因此凝固速度在熔化方向（也就是枝晶生長方向）上的分量較小，而該處的溫度梯度相對熔池底部明顯降低，因而該處外延枝晶的間距相比其他部位有一定的增大[16]。對重熔層橫截面的顯微硬度（圖3）進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：從基板到熱影響區(qū)再到重熔層，硬度分布曲線呈逐漸增大的趨勢，但在表層有稍許下降；基板的平均顯微硬度約為225 HV，重熔層的平均顯微硬度約為388 HV。重熔后，在高的冷卻速率和溫度梯度下，熔融的合金液快速凝固形成了晶粒細(xì)小的平面晶區(qū)（A區(qū)）、枝晶生長區(qū)（B區(qū)）和表面等軸晶區(qū)（C區(qū)）。距表層越遠(yuǎn)，冷卻速率越小，組織中的位錯密度越低，硬度越低[12]。然而，當(dāng)激光照射到316L基板上時，表層聚集著大量的能量，316L基板由表向里迅速熔化，由于最表層溫度過高導(dǎo)致鋼中的碳、硅等元素被燒損，固溶強化效果減弱，因此表層的硬度略有下降[16-17]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]溫軋和冷軋態(tài)含鋁高強304與316L不銹鋼微觀組織和拉伸性能及其強韌化機制[D]. 郭鑫.蘭州理工大學(xué) 2019

碩士論文
[1]激光重熔調(diào)質(zhì)40Cr鋼疲勞裂紋擴展行為及磨損性能[D]. 張海潮.吉林大學(xué) 2019



本文編號：3132997