35CrMo钢表面激光熔覆Ni/WC-Y2O3工艺与熔覆层性能研究

论文摘要

激光熔覆技术是近年来发展比较迅速的一种表面改性技术,它是通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之与基材表面层一起熔凝的方法,在基材表面形成良好冶金结合的熔覆层,从而改善或修复零部件,延长其使用寿命。本文以35CrMo钢为研究对象,重点研究了35CrMo钢表面激光熔覆Ni基合金的工艺和熔覆层的显微组织、综合性能、裂纹防治与搭接区的状况,并研究了在Ni基合金中加入WC硬质相、稀土氧化物Y2O3后熔覆层组织性能的改善情况。通过对不同激光熔覆参数下熔覆层宏观、微观质量的对比分析,选择出了较佳的激光熔覆工艺参数。利用扫描电子显微镜对熔覆层微观组织进行了分析,用HXD-1000型显微硬度仪测试了熔覆层的硬度,并用M-2000型摩擦磨损试验机进行了摩擦磨损性能试验。试验研究表明:熔覆层硬度值较基体有显著提高,但硬度分布不是很均匀,在熔覆层的次表面达到峰值硬度;熔覆层强化主要有细晶强化、固溶强化、硬质相强化等;熔覆层显微组织较基体显著细化;由于多种强化机制的共同作用,显著地提高了熔覆层的硬度,使熔覆层具有极高的耐磨性能。在熔覆材料中添加WC硬质相,熔覆层的硬度改变不大,但耐磨性得到很大提高,同时也增加了裂纹的敏感性;添加稀土氧化物Y2O3,晶粒得到细化,硬度、耐磨性都有很大提高,裂纹显著减少。利用有限元分析软件ANSYS,对35CrMo钢激光熔覆的温度场、应力场进行了数值模拟。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文研究的主要内容
• 第二章 激光表面熔覆技术的概况
• 2.1 激光熔覆的基本原理和特点
• 2.2 激光熔覆的添料方法
• 2.3 激光熔覆材料
• 2.3.1 激光熔覆材料的基本要求
• 2.3.2 激光熔覆材料的类别
• 2.3.3 激光熔覆材料的选择
• 2.4 激光熔覆在各个领域中的应用
• 2.5 激光熔覆的研究现状
• 2.5.1 激光熔覆原理的研究
• 2.5.2 激光熔覆材料的研究
• 2.5.3 激光熔覆工艺参数对熔覆层组织、性能影响的研究
• 2.5.4 激光熔覆理论模型的研究
• 第三章 激光表面熔覆技术研究
• 3.1 激光熔覆工艺
• 3.1.1 基材表面预处理
• 3.1.2 预热与后热处理
• 3.1.3 激光熔覆工艺参数
• 3.2 激光熔覆层
• 3.2.1 激光熔覆层的组织性能
• 3.2.2 激光熔覆引起的基材变形
• 3.3 激光熔覆的搭接问题
• 3.3.1 激光熔覆搭接系数
• 3.3.2 激光熔覆搭接方式
• 3.4 激光熔覆层裂纹研究
• 3.4.1 激光熔覆中的裂纹现象
• 3.4.2 裂纹的形成机理
• 3.4.3 裂纹的防治措施
• 3.5 激光熔覆存在的问题和发展方向
• 3.5.1 激光熔覆存在的主要问题
• 3.5.2 激光熔覆的发展方向
• 第四章 35CrMo钢激光表面熔覆试验设计
• 4.1 激光绿色再制造系统
• 4.2 试验材料及设备
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验设备
• 4.3 激光熔覆工艺参数的正交试验设计
• 4.4 试验方法与步骤
• 4.4.1 准备试验材料
• 4.4.2 加工试样
• 4.4.3 金相显微组织分析
• 4.4.4 测定显微硬度
• 4.4.5 耐磨性试验
• 第五章 试验结果与分析
• 5.1 激光工艺参数对显微组织的影响
• 5.1.1 激光熔覆层显微组织
• 5.1.2 不同激光熔覆工艺参数对显微组织的影响
• 5.2 激光工艺参数对熔覆层显微硬度的影响
• 5.2.1 激光功率对熔覆层显微硬度的影响
• 5.2.2 扫描速度对熔覆层显微硬度的影响
• 5.2.3 离焦量对熔覆层显微硬度的影响
• 5.3 激光工艺参数对熔覆层耐磨性的影响
• 5.4 正交试验分析
• 5.4.1 激光熔覆层显微硬度的正交试验分析
• 5.4.2 激光熔覆层耐磨性的正交试验分析
• 5.5 WC 对35Cr Mo 钢激光熔覆Ni60 后组织性能的影响
• 5.5.1 显微组织
• 5.5.2 硬度分析
• 5.5.3 耐磨性分析
• 20₃ 对35Cr Mo 钢激光熔覆 Ni60/30%WC 后组织性能的影响'>5.6 Y₂0₃ 对35Cr Mo 钢激光熔覆 Ni60/30%WC 后组织性能的影响
• 5.6.1 显微组织
• 5.6.2 硬度分析
• 5.6.3 耐磨性分析
• 5.7 小结
• 第六章 激光熔覆温度场热应力场数值模拟
• 6.1 温度场模拟及分析
• 6.1.1 模型的建立和网格划分
• 6.1.2 温度场有限元基础
• 6.1.3 温度场模拟结果
• 6.2 热应力场模拟及分析
• 6.2.1 热力耦合分析
• 6.2.2 热应力场有限元基础
• 6.2.3 热应力场模拟结果
• 6.3 小结
• 总结
• 参考文献
• 个人简历在读期间发表的学术论文
• 致谢