Studie om sprickkontroll av laserbeklädnad Ni60 legeringsbeläggning

Laserbeklädnad är en teknik som använder högenergilaserstrålen som värmekälla för att smälta och stelna det fyllnadsmaterial som är belagt på ytan av substratet, vilket bildar en metallurgisk bindning mellan de två och sedan förbättrar dess ytegenskaper. Jämfört med andra ytförstärkningstekniker har laserbeklädnad en rad fördelar såsom snabb kylningshastighet, enkel metallurgisk bindning mellan beläggning och substrat, liten värmepåverkad zon, låg utspädningshastighet, liten deformation av substratet, enkel automatisering och ingen förorening. Därför har tekniken breda tillämpningsmöjligheter inom flyg-, gruvmaskineri, petrokemi, bil, fartyg, elkraft, järnväg och andra industrier.

Laserbeklädnad är dock en snabb uppvärmnings- och kylningsprocess. Temperaturgradienten för substratet och beklädnadsskiktet, den ojämna fördelningen av hård fas i beklädnadsskiktet och skillnaden i fysiska egenskaper mellan beklädnadsskiktet och matrismaterialet kommer att ha en viss inverkan på beklädnadsskiktets dimensionsstabilitet och mekaniska egenskaper. , vilket kommer att leda till initiering och spridning av sprickor. Bildandet av sprickor i beklädnadsskiktet har stor inverkan på delars livslängd, vilket är ett akut problem som måste lösas vid industriell tillämpning av laserbeklädnadsteknik.

Laserbeklädnad är en process av snabb uppvärmning och kylning och komplex metallurgisk reaktion. I dagsläget fokuserar forskningen på spricka av beklädnadslager huvudsakligen på en enda kontrollmetod och det saknas systematisk forskning. I denna studie förbereddes Ni60-legeringsbeklädnadsskiktet på 42CrMo stålyta med förlagd pulverlaserbeklädnadsteknik. Först analyserades sprickbildningsmekanismen och sprickkänsligheten, och sedan studerades påverkan av olika lasereffekt och förvärmningstemperatur på sprickan, för att ge referens för sprickkontroll av laserbeklädnad Ni-baserad legering.

1. Testmaterial

I detta test väljs 42CrMo-legerat stål som matrismaterial i laserbeklädnadstestet, och den runda plattans storlek är Φ150 mm×10 mm. Slipa 42CrMo stålytan med sandpapper innan laserbeklädnad, och rengör den med alkohol och aceton för att säkerställa att det inte finns några andra föroreningar på underlaget. Beklädnadspulvret valdes med Ni60-legering och partikelstorleken var 53 ~ 150 μm. Den kemiska sammansättningen av Ni60-legering visades i tabell 1.

                                                                         Tabell 1 Kemisk sammansättning av Ni60-legering                                                 %

2. Testmetoder

LWS-1000 Nd: YAG-lasern valdes för laserbeklädnad genom förläggning av pulver och flera varvsprocesser. Parametrar för provberedning är följande: lasereffekt 270 ~ 300 W, skanningshastighet 300 mm/min, förvärmningstemperatur 170 ~ 270 grader, varvhastighet 50%. Efter laserbeklädnadstest användes Zeiss Stemi305 stereoskop för att observera ytmorfologin hos beklädnadslagret. Det förberedda beklädnadslagret skärs till en provstorlek på 5 mm×10 mm×10 mm, och sedan används HCl+HNO3-lösning med ett volymförhållande på 3 ∶ 1 för att korrodera det polerade beklädnadslagrets tvärsnitt. Jiangnan MR5000 metallografiskt mikroskop och Regulus8230 svepelektronmikroskop användes för att observera mikrostrukturen hos Ni60-beklädnadslagret, och EDS användes för att analysera fördelningen av element nära och utan sprickor i beklädnadslagret kvalitativt och kvantitativt. VTD401 digital microVickers hårdhetstestare användes för att mäta mikrohårdheten i tvärsnittet av beklädnadslagret. Lastbelastningen var 50 g och hålltiden var 10 s. Fasen analyserades med D/MAX2500VL/PC roterande målröntgendiffraktometer.

1. Beklädnadslagrets mikrostruktur består huvudsakligen av - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 och M23C6. Sprickorna i detta test är i grunden genomträngande sprickor, som vanligen härrör från beklädnadsskiktets yta och sträcker sig till förbindelsen mellan beklädnadsskiktet och matrisen, och de flesta av sprickorna sträcker sig direkt genom hela beklädnadsskiktet. Skillnaden i termiska egenskaper mellan matrisen och beklädnadsskiktet, temperaturgradienten och segregeringen av den hårda fasen i beklädnadsskiktet har vissa effekter på sprickkänsligheten.

2. Med ökningen av lasereffekten förbättras uppenbarligen sprickbrottet i beklädnadslagret. När effekten är 290 W är det endast ett fåtal sprickor i beklädnadslagret och goda mekaniska egenskaper bibehålls. När effekten ökas ytterligare är utspädningshastigheten för beklädnadslagret för stor, vilket resulterar i att dess prestanda minskar.

3. Med ökningen av förvärmningstemperaturen minskar sprickbrottet i beklädnadslagret gradvis. När förvärmningstemperaturen är 270 grader återstår endast ett litet antal sprickor i beklädnadslagret, men för hög förvärmningstemperatur kommer att förstöra prestandan hos substratet och beklädnadslagret, så ingen förvärmning med högre temperatur utförs.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. är ett högteknologiskt företag som specialiserat sig på FoU, tillverkning och försäljning av automatisk laserbeklädnadsmaskin, höghastighetslaserbeklädnadsmaskin, lasersläckningsmaskin, lasersvetsmaskin och laser 3D-utskriftsutrustning. Våra produkter är kostnadseffektiva och säljs inrikes och utomlands. Om du är intresserad av våra produkter, vänligen kontakta oss på bob@gshenglaser.com.