3D激光熔覆鐵基合金溫度場模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、3D打印是增材制造的新發(fā)展，利用3D打印工藝成形金屬構(gòu)件是機(jī)械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。激光熔覆及其成形技術(shù)是在激光加工技術(shù)的基礎(chǔ)上研制成功的一種新的快速成形技術(shù)?；诟吣芗す馐娜鄹布夹g(shù)既可以用于基體材料的表面改性，又能對表面磨損零件進(jìn)行修復(fù)和金屬構(gòu)件的成形。激光材料表面改性技術(shù)的工藝是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，本文通過對激光熔覆過程溫度場的動(dòng)態(tài)模擬來預(yù)測最優(yōu)工藝參數(shù)，采取雙因素全面試驗(yàn)法對模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并對最優(yōu)工藝參數(shù)和搭接率下的熔覆層進(jìn)

2、行摩擦磨損檢測。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）建立 Q235鋼表面激光熔覆低碳鐵基合金溫度場三維模型，考慮了對流、熱物性參數(shù)、相變潛熱和同步送粉特點(diǎn)等因素，分析了熔覆層頂?shù)c(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線，對熔覆層成形質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，得出：P=2000 W、v=10 mm/s時(shí)，熔覆層頂?shù)c(diǎn)最高溫度分別為2300℃和1500℃，有利于得到表面形貌較好、與基體良好冶金結(jié)合且稀釋率低的熔覆層。對該參數(shù)下的不同時(shí)刻溫度場分布進(jìn)行分析，看到激光熔覆受熱

3、影響的區(qū)域小，除熔覆剛開始階段，熔池周圍溫度場趨勢穩(wěn)定，熔池最高溫度點(diǎn)位于光斑中心和熔池最深處點(diǎn)之間。
　?。?）在3D打印與激光再制造平臺成套設(shè)備上進(jìn)行激光熔覆鐵基合金的試驗(yàn)研究。確定激光功率和掃描速度作為變量，對不同工藝參數(shù)組合下熔覆層幾何形狀、宏觀形貌、微觀組織進(jìn)行檢測和分析，結(jié)果表明：熔覆層寬度隨激光功率的增加而增加，而熔覆層厚度隨激光功率的加大呈現(xiàn)雙峰狀；熔覆層寬度和厚度隨著掃描速度的加快而減小。提出了激光線能量密度來說

4、明激光功率和掃描速率的匹配性，對判斷熔覆層表面形貌的連續(xù)性和過燒有重要意義。結(jié)合模擬溫度曲線和金相圖片，可知熔覆層熔覆區(qū)為平面晶和垂直于界面的樹枝晶構(gòu)成，過渡區(qū)為富Gr、Ni的板條狀馬氏體；當(dāng)P=2000 W、v=10 mm/s時(shí)，熔覆區(qū)組織均勻致密，過渡區(qū)中基體和熔覆材料良好冶金結(jié)合且稀釋率低，熱影響區(qū)鐵素體與珠光體得到了細(xì)化，熔覆層質(zhì)量優(yōu)異。
　?。?）采用單道最優(yōu)工藝參數(shù)和合適的搭接率進(jìn)行多道熔覆，制備出磨削深淺不同的鐵基合

5、金小試環(huán)，在 MVF-1A型立式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行等速變載荷、等載荷變速情況下的摩擦磨損試驗(yàn)，結(jié)果表明：隨著載荷的增加，摩擦系數(shù)也增加；隨著轉(zhuǎn)速的增大，摩擦系數(shù)略微減小。對熔覆層不同深度的顯微硬度進(jìn)行測量，可知隨著至表面距離的增加，經(jīng)歷緩慢下降、加速下降、緩慢下降三個(gè)階段，熔覆區(qū)外層硬度（350 HV）最高且為基體的2倍。磨痕SEM圖片顯示，隨著載荷加大，黏著磨損加劇；熔覆區(qū)磨損機(jī)制為磨粒磨損和黏著磨損，過渡區(qū)為剝層磨損、黏著磨損和磨