亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        激光熱輸入對(duì)激光增材修復(fù)1Cr17Ni2不銹鋼組織與力學(xué)性能的影響

        2022-10-21 09:02:56程宗輝張志強(qiáng)
        金屬熱處理 2022年9期
        關(guān)鍵詞:枝晶基合金增材

        范 朝, 程宗輝, 張志強(qiáng)

        (國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠, 安徽 蕪湖 241007)

        激光增材修復(fù)也稱為激光熔覆,還可稱為激光堆焊,是一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)[1-2]。高質(zhì)量的修復(fù)層是激光增材修復(fù)技術(shù)追求的核心,其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在稀釋率低、與基材結(jié)合好、熱影響區(qū)小、基材變形量小等[3]。高溫合金是制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片和導(dǎo)向葉片等高溫零部件的關(guān)鍵材料[4]。高溫合金所具有的優(yōu)良力學(xué)性能使其成為激光修復(fù)工藝中被廣泛使用的材料[5-6]。Wilson等[7]采用幾何學(xué)的方式,確定了激光增材修復(fù)的最佳工藝參數(shù)。Tabernero等[8]、Liu等[9]利用激光立體成形技術(shù)進(jìn)行零件成形,發(fā)現(xiàn)激光掃描方式對(duì)Inconel 718合金立體成形后的力學(xué)性能有著顯著的影響。Farahmand等[10]發(fā)現(xiàn)將激光增材修復(fù)技術(shù)與感應(yīng)加熱技術(shù)相結(jié)合,可以明顯改善熔覆區(qū)的顯微組織。Sexton等[11]利用激光增材修復(fù)技術(shù),對(duì)不同基體(Inconel 792、Rene 80、Rene125等)進(jìn)行修復(fù),發(fā)現(xiàn)激光增材修復(fù)技術(shù)在鎳基合金修復(fù)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

        GH4169合金是目前應(yīng)用最為廣泛的一種高溫合金,GH4169合金擁有優(yōu)良的綜合性能,被大量應(yīng)用于激光增材修復(fù)中[12]。范朝等[13]采用鎳基合金粉末對(duì)QAL10-4-4鋁青銅進(jìn)行了激光沉積試驗(yàn),通過(guò)對(duì)獲得的試樣進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)激光修復(fù)接頭成形良好,無(wú)裂紋、氣孔等修復(fù)缺陷,力學(xué)性能良好。夏國(guó)俊等[14]采用IN939合金粉末對(duì)IN718鎳基高溫合金進(jìn)行激光修復(fù),修復(fù)區(qū)形貌良好,無(wú)裂紋等缺陷,同時(shí)顯微硬度也得到明顯提高。目前,對(duì)于激光增材修復(fù)1Cr17Ni2不銹鋼的研究還未見(jiàn)報(bào)道,本項(xiàng)目開(kāi)展激光增材修復(fù)1Cr17Ni2不銹鋼研究,并對(duì)接頭的顯微組織、力學(xué)性能進(jìn)行分析,為激光增材修復(fù)損傷1Cr17Ni2鋼制構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

        1 試驗(yàn)材料與方法

        試驗(yàn)采用的待修復(fù)基體為1Cr17Ni2不銹鋼,尺寸規(guī)格為直徑φ40 mm的棒材。表1、表2為1Cr17Ni2不銹鋼待修復(fù)基體以及修復(fù)粉末的化學(xué)成分,鎳基合金粉體為球形粉末,粒度53~150 μm。在進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)前,對(duì)合金粉末進(jìn)行烘干。

        表1 1Cr17Ni2不銹鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        表2 鎳基合金粉體的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        試驗(yàn)采用由IPG YLS-2000型光纖激光器、數(shù)控工作臺(tái)、GTV PF2/2型高精度雙路可調(diào)送粉器、四路同軸送粉噴嘴以及惰性氣氛保護(hù)罩組成的激光增材修復(fù)平臺(tái)進(jìn)行。試驗(yàn)過(guò)程中采用氬氣進(jìn)行防護(hù)。激光修復(fù)工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

        表3 激光修復(fù)工藝參數(shù)

        目前在激光增材修復(fù)基體與填充材料一定的情況下,1Cr17Ni2激光增材試樣的性能主要受激光熱輸入影響,激光熱輸入主要受激光功率、掃描速率等因素影響,故在光斑直徑一定時(shí),定義激光增材熱輸入為激光功率與掃描速度的比值,即:

        J=P/v

        式中:J為激光增材熱輸入;P為激光功率;v為掃描速度。

        激光增材修復(fù)試驗(yàn)結(jié)束后,將試樣制成φ30 mm的鑲嵌塊,經(jīng)砂紙打磨和拋光后,用體積分?jǐn)?shù)4%的硝酸酒精溶液腐蝕1Cr17Ni2鋼側(cè)組織,擦拭時(shí)間大約10 s;配置5 g CuSO4+20 mL HCl+25 mL C2H5OH溶液,腐蝕鎳基合金熔覆層側(cè)組織,擦拭時(shí)間大約20 s。腐蝕完成后迅速清洗吹干,并用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)熔覆接頭顯微組織進(jìn)行觀察。采用維氏硬度計(jì)測(cè)定顯微硬度,測(cè)試條件為200 g載荷,加載時(shí)間10 s,測(cè)試點(diǎn)間距為0.2 mm,沿垂直于熔合線方向往1Cr17Ni2鋼基體一側(cè)進(jìn)行測(cè)量。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 激光熱輸入對(duì)熔覆區(qū)組織的影響

        圖1 修復(fù)接頭橫截面形貌Fig.1 Cross section morphology of the repaired joint

        激光增材修復(fù)接頭的橫截面如圖1所示,由圖1可知,激光增材修復(fù)接頭由熔覆區(qū)(A區(qū))、熱影響區(qū)(B區(qū))和基體(D區(qū))組成。熔覆區(qū)(A區(qū))由熔覆區(qū)頂部(b區(qū))、熔覆區(qū)中部(c區(qū))和熔覆區(qū)底部(d區(qū))組成。

        圖2為不同激光熱輸入下熔覆區(qū)各區(qū)域顯微組織,b區(qū)為均勻分布的樹(shù)枝晶結(jié)構(gòu),一次臂較為發(fā)達(dá),且生長(zhǎng)方向具有一致性,大致平行于熔覆高度方向生長(zhǎng);樹(shù)枝晶尺寸隨掃描速度的增加而逐漸減小,晶粒間的空隙逐漸增大。c、d區(qū)為短小的柱狀枝晶結(jié)構(gòu),且生長(zhǎng)方向具有一致性,隨激光熱輸入的減小,尺寸略有減小。

        圖2 不同激光熱輸入下熔覆區(qū)各區(qū)域的顯微組織Fig.2 Microstructure of each region in the cladded zone under different laser heat inputs(a) 133.3 J/mm; (b) 100.0 J/mm; (c) 80.0 J/mm; (d) 60.0 J/mm

        圖3 不同激光熱輸入下熔覆區(qū)的SEM圖像Fig.3 SEM images of the cladded zone under different laser heat inputs(a) 133.3 J/mm; (b) 100.0 J/mm; (c) 80.0 J/mm; (d) 60.0 J/mm

        根據(jù)凝固理論可知,在合金熔池的冷卻凝固過(guò)程中,柱狀枝晶的生長(zhǎng)方向與熱量散失的方向總是呈現(xiàn)平行的關(guān)系。在激光增材修復(fù)1Cr17Ni2鋼過(guò)程中,熱量主要是沿著修復(fù)層/不銹鋼基體和已凝固成形部分方向散失。激光增材修復(fù)屬于急熱急冷過(guò)程,熔覆區(qū)更易形成枝晶結(jié)構(gòu),且合金熔池中溫度梯度大小與熔覆層晶體的取向,共同決定了熔覆區(qū)樹(shù)枝晶的生長(zhǎng)方向。由上述準(zhǔn)則可知,熔覆區(qū)中枝晶組織大致上是沿垂直于熔覆面方向生長(zhǎng)。d區(qū)由于距離基體較近,沿垂直于熔合線方向成為溫度梯度最大的方向,即熔池在該方向上熱量散失速率最快,因此該區(qū)域易形成細(xì)長(zhǎng)的柱狀枝晶結(jié)構(gòu),且其方向基本上垂直于熔合線生長(zhǎng);c區(qū)由于離基體較遠(yuǎn),且鎳基合金的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于1Cr17Ni2鋼基體。因此,該區(qū)域由上至下主要呈現(xiàn)出樹(shù)枝晶向柱狀枝晶過(guò)渡的趨勢(shì)。b區(qū)由于溫度梯度降低,其熔池凝固速率增大,主要呈現(xiàn)為分布均勻、密集的樹(shù)枝晶組織。

        圖3為不同激光熱輸入下不銹鋼-合金接頭熔覆區(qū)的SEM圖像。熔覆區(qū)主要由基體相γ、沿晶界析出的不規(guī)則δ相和MC相等組成,對(duì)不同激光熱輸入下枝晶干中Nb元素平均含量進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如圖4所示。枝晶干中Nb元素含量隨激光熱輸入的增大呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。最佳工藝參數(shù)下(在激光熱輸入為80 J/mm),更多Nb元素從枝晶間往枝晶干處擴(kuò)散,抑制了枝晶間因存在過(guò)多Nb而形成富鈮帶,甚至析出脆性有害相Laves。這主要是由于掃描速度的逐漸上升,熔池中的能量累積逐漸下降,提高了熔池凝固速率,從而抑制了Laves相形成所必需的元素Nb往枝晶間的偏析,使更多的Nb留在枝晶干中形成穩(wěn)態(tài)強(qiáng)化相γ′及亞穩(wěn)態(tài)強(qiáng)化相γ″;當(dāng)掃描速度過(guò)大時(shí),合金粉末來(lái)不及完全熔化,整個(gè)修復(fù)過(guò)程便已完成,因此枝晶干中Nb元素含量下降。

        圖5 不同激光熱輸入下熱影響區(qū)的顯微組織Fig.5 Microstructure of the heat affected zone under different laser heat inputs(a) 133.3 J/mm; (b) 100.0 J/mm; (c) 80.0 J/mm; (d) 60.0 J/mm

        圖4 不同激光熱輸入下熔覆區(qū)枝晶干處Nb質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.4 Mass fraction of Nb in dendrite stem of the cladded zone under different laser heat inputs

        2.2 激光熱輸入對(duì)熱影響區(qū)組織的影響

        圖5為不同激光熱輸入下1Cr17Ni2不銹鋼側(cè)熱影響區(qū)的顯微組織,圖6為不銹鋼基體側(cè)熱影響區(qū)的SEM圖像??梢钥闯觯?Cr17Ni2鋼側(cè)熱影響區(qū)主要由塊狀δ鐵素體、奧氏體、馬氏體及球狀珠光體等組織構(gòu)成,且與合金熔覆區(qū)存在著明顯的分界線,即熔合線;隨單位長(zhǎng)度內(nèi)激光輸入量的逐漸下降,熱影響區(qū)組織形貌變化不大,尺寸略有減小。原因在于激光增材修復(fù)異種金屬的過(guò)程中,高能量密度的激光束輻射至基體的待修復(fù)表面,使基體和填充粉材同時(shí)熔化并快速凝固形成修復(fù)層;由于激光熱源加熱及冷卻速度極快的特性,基體受影響范圍較小,且組織形貌與尺寸變動(dòng)不大,可大大減少殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及基體的形變。

        圖6 不同激光熱輸入下熱影響區(qū)的SEM圖像Fig.6 SEM images of the heat affected zone under different laser heat inputs(a) 133.3 J/mm; (b) 100.0 J/mm; (c) 80.0 J/mm; (d) 60.0 J/mm

        2.3 激光熱輸入對(duì)顯微硬度的影響

        圖7 不同激光熱輸入下修復(fù)接頭各區(qū)域的顯微硬度曲線Fig.7 Microhardness curves of each zone in the repaired joint under different laser heat inputs

        圖7為不同激光熱輸入下各區(qū)域顯微硬度變化曲線。由圖7可知,各區(qū)域硬度測(cè)量值隨激光熱輸入的減小大致呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)。在不同激光熱輸入下,修復(fù)接頭各區(qū)域顯微硬度測(cè)量值的整體波動(dòng)趨勢(shì)較為一致,熔覆區(qū)中的硬度值浮動(dòng)不大,在±25 HV0.2以內(nèi)微小起伏,這是由于修復(fù)接頭熔覆區(qū)中枝晶干區(qū)域和枝晶間共晶區(qū)域不同的應(yīng)力狀態(tài)及區(qū)域內(nèi)位錯(cuò)密度不同造成;激光熱輸入從133.3 J/mm減小到100 J/mm的過(guò)程中,熔覆區(qū)顯微硬度平均值逐漸增加,1Cr17Ni2不銹鋼/鎳基合金接頭熔覆區(qū)的平均硬度值在激光熱輸入為80 J/mm時(shí)達(dá)到峰值為330.64 HV0.2。這主要是因?yàn)殡S激光熱輸入的逐漸減小,Nb元素往枝晶間偏析的現(xiàn)象逐漸得到緩解,使更多的Nb元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入枝晶干中,從而析出更多的強(qiáng)化相γ″及γ′;但隨著激光熱輸入繼續(xù)減小至60 J/mm,熔覆區(qū)內(nèi)柱狀晶及樹(shù)枝晶的尺寸逐漸縮小,晶體間的空隙逐漸增大,且部分合金粉末還來(lái)不及熔化,整個(gè)修復(fù)過(guò)程便已經(jīng)結(jié)束,從而導(dǎo)致熔覆區(qū)的顯微硬度值呈下降趨勢(shì)。在最佳工藝參數(shù)組合下(激光熱輸入為80 J/mm),合金修復(fù)接頭各區(qū)域顯微硬度值排序?yàn)椋喝鄹矃^(qū)>基體>熱影響區(qū),充分說(shuō)明了使用鎳基合金粉末對(duì)異種材料進(jìn)行激光修復(fù),不僅可使待修復(fù)基體形成良好的接頭形貌、改善接頭的顯微組織,還能提升修復(fù)后零件的力學(xué)性能。

        3 結(jié)論

        1) 激光增材修復(fù)1Cr17Ni2不銹鋼接頭由熔覆區(qū)、熱影響區(qū)和不銹鋼基體組成,熔覆區(qū)上部為均勻分布的樹(shù)枝晶結(jié)構(gòu),一次臂較為發(fā)達(dá),且生長(zhǎng)方向具有一致性,大致平行于熔覆高度方向生長(zhǎng),樹(shù)枝晶尺寸隨熱輸入的減小而逐漸減小,晶粒間的空隙逐漸增大;熔覆區(qū)中部和下部區(qū)域?yàn)槎绦〉闹鶢钪ЫY(jié)構(gòu),且生長(zhǎng)方向具有一致性,隨激光熱輸入的減小,尺寸略有減小。熔覆區(qū)主要由γ基體、MC相和沿晶界析出的亮白色不規(guī)則δ相等組成,且頂部的樹(shù)枝晶一次臂較為發(fā)達(dá)。

        2) 激光增材修復(fù)1Cr17Ni2不銹鋼側(cè)熱影響區(qū)主要由塊狀δ鐵素體、奧氏體、馬氏體及球狀珠光體等組織構(gòu)成,且與合金熔覆區(qū)存在明顯的分界線。

        3) 激光增材修復(fù)1Cr17Ni2不銹鋼熔覆區(qū)平均硬度值隨激光熱輸入的減小呈現(xiàn)出先增大后減小的特點(diǎn)。熔覆區(qū)硬度值在激光熱輸入為80 J/mm時(shí)達(dá)到峰值,為330.64 HV0.2,較基體提升了9.78%。

        猜你喜歡
        枝晶基合金增材
        石材增材制造技術(shù)研究
        石材(2022年4期)2022-06-15 08:55:02
        激光增材制造仿真過(guò)程分析
        我國(guó)增材制造技術(shù)的應(yīng)用方向及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
        A356合金近液相線半固態(tài)鑄造非枝晶組織與模鍛成形性能
        lncoloy 800鎳基合金加熱管腐蝕性能研究
        上海金屬(2016年3期)2016-11-23 05:19:43
        焊接增材制造研究新進(jìn)展
        焊接(2016年4期)2016-02-27 13:02:12
        Alloy20鐵鎳基合金焊接
        焊接(2016年2期)2016-02-27 13:01:16
        高鉻鎳基合金熔敷金屬的組織和性能
        焊接(2015年9期)2015-07-18 11:03:53
        不同形狀橫向限制對(duì)枝晶間距影響作用的相場(chǎng)法模擬
        鈷基合金CO20與20鋼的焊接
        河南科技(2014年3期)2014-02-27 14:05:50
        毛片在线播放亚洲免费中文网| 无码国产精品第100页| 亚洲免费不卡av网站| 久久精品国产9久久综合| 国产成人亚洲综合| 免费无码午夜福利片69| 精品视频专区| 日本在线观看三级视频| 中文字幕无码中文字幕有码| 久久人人爽人人爽人人av| 久久水蜜桃亚洲av无码精品麻豆| 国产精品高清一区二区三区人妖| 99re66在线观看精品免费| 无码毛片视频一区二区本码| 亚洲AV永久天堂在线观看 | 人妻在卧室被老板疯狂进入国产 | 国产高清不卡在线视频| 国产激情视频免费在线观看| 亚洲精品suv精品一区二区| 色综合另类小说图片区| 国产精品日本中文在线| 国产精品国产三级国产a| 欧美疯狂做受xxxx高潮小说| 国产在线欧美日韩精品一区二区 | 免费大学生国产在线观看p| 风流熟女一区二区三区| 亚洲av无码成人网站在线观看| 免费人成又黄又爽的视频在线 | 2019日韩中文字幕mv| 久久ri精品高清一区二区三区| 精选二区在线观看视频| 青青草在线免费视频播放| 99精品国产在热久久| 国产成人免费一区二区三区| 国产黄色一级大片一区二区| 亚洲人成网网址在线看| 亚洲熟妇少妇任你躁在线观看| 日韩国产有码精品一区二在线| 手机在线亚洲精品网站| 国产内射999视频一区| 人妻系列无码专区久久五月天 |