本文關(guān)鍵詞：機械振動輔助激光熔覆鐵基合金涂層的凝固機理及其組織演變

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【摘要】：激光熔覆作為材料表面改性的重要手段之一,也是增材制造技術(shù)重要分支。由于熔覆層開裂是阻礙激光熔覆技術(shù)推廣應用的重要原因,國內(nèi)外材料工作者投入了大量的精力對其進行研究,并取得了一些研究成果。本文利用機械振動輔助激光熔覆新技術(shù)在45鋼表面制備鐵基合金涂層,通過對復合技術(shù)所制備涂層的宏觀形貌、凝固顯微組織、涂層裂紋、顯微硬度的分析,探討了機械振動作用下激光熔覆鐵基合金涂層的凝固機理及其組織演變。以期為Fe基合金表面制備無氣孔無裂紋功能復合涂層提供一條新的技術(shù)途徑,也為擴大激光熔覆表面改性技術(shù)在Fe基合金等結(jié)構(gòu)材料的性能優(yōu)化和進一步工業(yè)應用方面提供理論依據(jù)。借助X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和能譜(EDS)分析了熔覆層的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和元素分布,通過HVS-1000型顯微硬度計測試了熔覆層的顯微硬度。研究了機械振動輔助激光熔覆鐵基合金涂層的凝固顯微組織特征。機械振動輔助作用下的熔覆層結(jié)合界面處組織由平面晶向帶狀和柱狀晶轉(zhuǎn)變,振幅為0.13-0.18 mm時的晶粒細化效果最為明顯。機械振動下的熔覆層中增強相形態(tài)隨著頻率的增加由短桿狀向顆粒狀、層狀、條狀轉(zhuǎn)變,分布形態(tài)由雜亂分布向彌散分布和網(wǎng)狀分布轉(zhuǎn)變。熔覆層中顯微組織形態(tài)及其分布受振幅和頻率協(xié)同作用的影響。熔覆層主要由α-(Fe,Cr)固溶體、M7C3(M=Fe,Cr)碳化物、Fe2B硼化物和少量Fe0.9Si0.1組成。加載機械振動后衍射峰變寬,晶粒完整性得到提高,結(jié)合金相圖可以看出晶粒細化,同時熔覆層氣孔基本消失、裂紋減少,開裂傾向降低。機械振動對激光熔覆熔池的力學效應,機械振動對熔體局部會產(chǎn)生脈動流,其帶來一個周期性循環(huán)作用于二次枝晶的一個力。作用在二次枝晶的合力與振幅A和頻率f都有關(guān),振幅A的影響更大。只有當振幅A和頻率f相協(xié)調(diào),細化晶粒效果最佳。在涂層表面宏觀形貌方面,機械振動作用下激光熔覆層的沉積角大于無機械振動的涂層。在相同激光比能和振幅條件下,頻率200 Hz比頻率100 Hz的沉積角大,且在振幅為0.10 mm時沉積角最小。機械振動輔助作用下的熔覆層平均顯微硬度高于未加機械振動熔覆層110HV0.2左右,提高了13.9%。熔覆層硬度從底部、中部到頂部依次遞增,最高硬度在涂層頂部達到1100HV0.2。振幅A和頻率f存在協(xié)同作用影響熔覆層晶粒大小和增強相分布形態(tài)從而影響熔覆層顯微硬度。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 機械振動 顯微組織 顯微硬度 力學效應 沉積角
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 激光表面改性技術(shù)12-13
• 1.2 激光熔覆技術(shù)及其應用13-18
• 1.2.1 激光熔覆技術(shù)13-16
• 1.2.2 激光熔覆技術(shù)的應用16-17
• 1.2.3 激光熔覆技術(shù)存在的問題17-18
• 1.3 機械振動技術(shù)及其應用18-20
• 1.4 研究目的和意義20-21
• 1.5 主要研究內(nèi)容21-24
• 第二章 實驗材料與方法24-32
• 2.1 實驗方案24-31
• 2.1.1 實驗材料及其預處理24-25
• 2.1.2 實驗系統(tǒng)25-27
• 2.1.3 工藝參數(shù)27-31
• 2.2 涂層組織分析及性能表征方法31-32
• 第三章 機械振動輔助激光熔覆鐵基合金涂層宏觀形態(tài)特征32-42
• 3.1 機械振動對沉積角的影響32-35
• 3.2 各工藝參數(shù)對沉積角的影響35-38
• 3.2.1 激光功率密度對沉積角的影響35-36
• 3.2.2 機械振動振幅、頻率對沉積角的影響36-38
• 3.3 工藝參數(shù)和熔覆角之間的函數(shù)模型38-39
• 3.4 機械振動對多道搭接熔覆層的影響39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第四章 機械振動輔助激光熔覆鐵基合金涂層微結(jié)構(gòu)特征42-54
• 4.1 機械振動作用下激光熔覆鐵基合金涂層凝固組織特征42-52
• 4.1.1 機械振動對激光熔覆鐵基涂層顯微組織影響42-48
• 4.1.2 機械振動對激光熔覆鐵基涂層相結(jié)構(gòu)的影響48-52
• 4.2 機械振動對熔覆層裂紋和氣孔的影響52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 機械振動輔助激光熔覆熔池內(nèi)的流動特性及力學效應54-66
• 5.1 機械振動對激光熔覆熔池內(nèi)流動的影響54-59
• 5.1.1 激光熔覆熔池內(nèi)流動理論研究54-56
• 5.1.2 機械振動對激光熔覆熔池內(nèi)流動影響56-59
• 5.2 機械振動對激光熔覆熔池內(nèi)的力學效應影響59-62
• 5.3 機械振動對激光熔覆鐵基涂層顯微硬度的影響62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 致謝68-70
• 參考文獻70-76
• 附錄76

【參考文獻】

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本文編號：597099