Lasercladding is een technologie die gebruik maakt van hoogenergetische laserstralen als warmtebron om het vulmateriaal dat op het oppervlak van het substraat is aangebracht, te smelten en te laten stollen, waardoor een metallurgische verbinding tussen de twee wordt gevormd en vervolgens de oppervlakte-eigenschappen worden verbeterd. Vergeleken met andere oppervlakteversterkingstechnologieën heeft lasercladding een aantal voordelen, zoals een snelle afkoelsnelheid, gemakkelijke metallurgische hechting tussen coating en substraat, kleine door hitte beïnvloede zone, lage verdunningssnelheid, kleine vervorming van het substraat, gemakkelijke automatisering en geen vervuiling. Daarom heeft de technologie brede toepassingsmogelijkheden in de lucht- en ruimtevaart, mijnbouwmachines, petrochemie, auto-, scheeps-, elektriciteits-, spoorweg- en andere industrieën.
Lasercladden is echter een snel verwarmings- en afkoelproces. De temperatuurgradiënt van het substraat en de cladlaag, de ongelijke verdeling van de harde fase in de cladlaag en het verschil in fysieke eigenschappen tussen de cladlaag en het matrixmateriaal zullen een zekere impact hebben op de maatvastheid en mechanische eigenschappen van de cladlaag. , wat zal leiden tot het ontstaan en de verspreiding van scheuren. De vorming van scheuren in de cladlaag heeft een grote invloed op de levensduur van onderdelen, wat een urgent probleem is dat moet worden opgelost bij de industriële toepassing van lasercladtechnologie.
Lasercladding is een proces van snelle verwarming en koeling en complexe metallurgische reacties. Op dit moment concentreert het onderzoek naar het scheuren van de cladlaag zich vooral op één enkele controlemethode en ontbreekt er een systematisch onderzoek. In deze studie werd een bekledingslaag van een Ni60-legering bereid op een 42CrMo-staaloppervlak door middel van vooraf aangebrachte poederlaserbekledingstechnologie. Ten eerste werden het scheurvormingsmechanisme en de scheurgevoeligheid geanalyseerd, en vervolgens werd de invloed van verschillend laservermogen en voorverwarmingstemperatuur op scheur bestudeerd, om als referentie te dienen voor de scheurbeheersing van lasercladding op Ni-gebaseerde legering.
Testmaterialen en methoden
1. Testmateriaal
In deze test wordt 42CrMo-gelegeerd staal geselecteerd als matrixmateriaal in de lasercladtest, en de ronde plaatgrootte is Φ150 mm x 10 mm. Schuur het 42CrMo-stalen oppervlak vóór het lasercladden met schuurpapier en reinig het met alcohol en aceton om ervoor te zorgen dat er geen andere onzuiverheden op het substraat achterblijven. Het bekledingspoeder werd geselecteerd met een Ni60-legering en de deeltjesgrootte was 53 ~ 150 μm. De chemische samenstelling van de Ni60-legering is weergegeven in Tabel 1.
Tabel 1 Chemische samenstelling van Ni60-legering %
|
m(C) |
m(Si) |
m(Cr) |
m(Ni) |
m(ma) |
m(Fe) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. Testmethoden
De LWS-1000 Nd:YAG-laser werd geselecteerd voor lasercladden door middel van prelaying-poeder en een multi-lap-proces. De monstervoorbereidingsparameters zijn als volgt: laservermogen 270 ~ 300 W, scansnelheid 300 mm/min, voorverwarmingstemperatuur 170 ~ 270 graden, rondesnelheid 50%. Na de lasercladtest werd de Zeiss Stemi305-stereoscoop gebruikt om de oppervlaktemorfologie van de cladlaag te observeren. De voorbereide bekledingslaag wordt gesneden in een monstergrootte van 5 mm×10 mm×10 mm, en vervolgens wordt een HCl+HNO3-oplossing met een volumeverhouding van 3 ∶ 1 gebruikt om de doorsnede van de gepolijste bekledingslaag te corroderen. Jiangnan MR5000 metallografische microscoop en Regulus8230 scanning-elektronenmicroscoop werden gebruikt om de microstructuur van de Ni60-bekledingslaag te observeren, en EDS werd gebruikt om de verdeling van elementen dichtbij en zonder scheuren in de bekledingslaag kwalitatief en kwantitatief te analyseren. De VTD401 digitale microVickers-hardheidsmeter werd gebruikt om de microhardheid van de dwarsdoorsnede van de bekledingslaag te meten. De laadbelasting was 50 g en de houdtijd was 10 s. De fase werd geanalyseerd met een D/MAX2500VL/PC roterende doelröntgendiffractometer.
Conclusie
1. De microstructuur van de bekledingslaag bestaat hoofdzakelijk uit - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 en M23C6. De scheuren in deze test zijn in principe scheuren door penetratie, die doorgaans hun oorsprong vinden in het oppervlak van de bekledingslaag en zich uitstrekken tot de kruising van de bekledingslaag en de matrix, en de meeste scheuren strekken zich rechtstreeks uit door de gehele bekledingslaag. Het verschil in thermische eigenschappen tussen de matrix en de cladlaag, de temperatuurgradiënt en de segregatie van de harde fase in de cladlaag hebben enige invloed op de scheurgevoeligheid.
2. Met de toename van het laservermogen wordt het scheurfalen in de bekledingslaag duidelijk verbeterd. Bij een vermogen van 290 W ontstaan er slechts enkele scheuren in de cladlaag en blijven goede mechanische eigenschappen behouden. Wanneer het vermogen verder wordt verhoogd, is de verdunningssnelheid van de bekledingslaag te groot, wat resulteert in een vermindering van de prestaties.
3. Met de toename van de voorverwarmingstemperatuur neemt het scheurfalen in de bekledingslaag geleidelijk af. Wanneer de voorverwarmingstemperatuur 270 graden bedraagt, blijven er slechts een klein aantal scheuren in de bekledingslaag achter, maar een te hoge voorverwarmingstemperatuur zal de prestaties van het substraat en de bekledingslaag vernietigen, zodat er geen voorverwarming op hogere temperatuur wordt uitgevoerd.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. is een hightech onderneming gespecialiseerd in R&D, productie en verkoop van automatische lasercladmachines, hogesnelheidslasercladmachines, laserblusmachines, laserlasmachines en laser 3D-printapparatuur. Onze producten zijn kosteneffectief en worden in binnen- en buitenland verkocht. Als u geïnteresseerd bent in onze producten, neem dan contact met ons op via bob@gshenglaser.com.