多束激光熔覆基礎(chǔ)試驗(yàn)研究.pdf

1、激光熔覆是一項(xiàng)先進(jìn)的表面改性技術(shù)，被廣泛用于提高材料表面性能和失效零部件的修復(fù)，近年來(lái)該技術(shù)在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。裂紋問(wèn)題被認(rèn)為是阻礙激光熔覆得到更廣泛應(yīng)用的最主要的問(wèn)題。熱處理已經(jīng)被證明是一項(xiàng)能夠有效降低熔覆過(guò)程裂紋敏感性的方法，但是傳統(tǒng)的熱處理方法熱輸入量大，容易導(dǎo)致基體變形和性能退化。在2012年，一項(xiàng)名為“一種具有預(yù)熱與后熱處理功能且高效的三光束激光熔覆無(wú)裂紋圖層的方法”（多束激光熔覆）被公布。根據(jù)專利的報(bào)道，多束激

2、光熔覆能以非常高的效率熔覆無(wú)裂紋涂層，但是相關(guān)的研究報(bào)道非常少。為了增進(jìn)對(duì)激光熔覆的認(rèn)識(shí)和推廣此項(xiàng)技術(shù)，本文對(duì)多束激光熔覆展開(kāi)了基礎(chǔ)試驗(yàn)研究，主要的工作和結(jié)果如下:
　　(1)結(jié)合傳統(tǒng)金屬凝固理論和激光熔覆過(guò)程熔池的凝固特征，分別對(duì)單束激光熔覆和多束激光熔覆過(guò)程中熔池凝固的過(guò)程和顯微組織的形成過(guò)程進(jìn)行了闡述和分析，為后續(xù)熔覆得到的熔覆層顯微組織和顯微硬度的解釋和分析提供了理論指導(dǎo);從應(yīng)力應(yīng)變的角度對(duì)激光熔覆過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行

3、了闡述和分析，為后續(xù)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和殘余應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果的解釋奠定理論基礎(chǔ)。
　　(2)對(duì)激光熱處理進(jìn)行了初步的試驗(yàn)探索，用控制變量法，研究了熱處理激光功率、掃描速度對(duì)熔覆層顯微組織和顯微硬度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:熔覆層的重熔深度以及重熔區(qū)域的晶粒尺寸隨著激光功率的增加而增加，隨著掃描速度的增加而減少;隨著熱處理激光功率的增加和掃描速度的減小，熔覆層重熔區(qū)域的顯微硬度未呈現(xiàn)單向的變化，但是硬度值的波動(dòng)幅度減小，組織變得更加均衡;當(dāng)掃描速

4、度為6mm/s時(shí)，合理的熱處理激光功率在300～400w之間。
　　(3)對(duì)多束激光熔覆進(jìn)行了等效試驗(yàn)，探究了多束激光熔覆中的工藝參數(shù)提前時(shí)間（熔覆和前熱處理之間的時(shí)間間隔）和滯后時(shí)間（后熱處理和熔覆之間的時(shí)間間隔）對(duì)熔覆層縱截面顯微組織、顯微硬度和表面殘余應(yīng)力的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:提前時(shí)間和滯后時(shí)間對(duì)熔覆層表面的殘余應(yīng)力有顯著的影響，存在合適的提前時(shí)間和滯后時(shí)間使得熔覆層表層的殘余應(yīng)力最小;提前時(shí)間對(duì)熔覆層的顯微組織和顯微硬度影