IMECH-IR  > 先进制造工艺力学重点实验室
铸铁表面激光熔覆Ni基涂层工艺及组织性能研究
Alternative TitleResearch on Microstructure and Properties of Ni-based Alloy Coating by Laser Cladding of Cast Iron
刘昊
Thesis Advisor虞钢
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline一般力学与力学基础
Abstract气缸盖的热防护是发动机向高功率密度发展过程中亟待解决的问题。传统的热喷涂涂层由于结合强度低而不适用于交变载荷的气缸盖表面,由于激光熔覆层具有结合强度高、涂层组织致密等优势,采用激光熔覆技术在铸铁气缸盖表面熔覆镍基高温合金涂层,是提高气缸盖耐热性能的有效途径。然而,铸铁表面激光熔覆的粉末利用率低、热影响区脆硬。针对这些问题,本文采用数值模拟和工艺实验相结合的方式,研究了送粉式激光熔覆粉末输送过程、熔覆过程温度场演化、以及镍基合金熔覆层的组织成分与性能。本文主要内容及研究成果如下: 1.建立了激光熔覆同轴送粉粉末流的数值计算模型,模型中考虑了粉末颗粒在喷嘴内部的弹性碰撞,使粉末浓度分布的计算结果与实验结果吻合良好。分析了粉末流结构特征,探讨了粉末性质、送粉工艺参数、基体形状对粉末流汇聚特性的影响规律。为提高粉末利用率以及控制熔池质量输入提供了理论依据。 2.通过数值模拟研究了激光多层搭接熔覆过程中温度场的演化规律,提出一种简化方法来分析熔覆过程的热历程对材料微观组织结构的影响,发现多层堆积中,后续层的热循环对之前堆积材料具有回火的热处理效果。多道搭接过程中,搭接道间材料经历多次熔化,边缘熔覆道之间的重熔区宽度大于中间熔覆道之间的重熔区宽度。 3.为研究工艺参数对熔覆层几何形貌影响规律,采用生死单元法,改进了激光熔覆三维计算模型,模型中由每个载荷步计算出的瞬态温度场,捕捉熔池界面,考虑熔覆质量守恒与熔池表面张力作用,激活与熔池气液界面相接触的单元,参与下一载荷步的计算,使模型具备同时计算瞬态温度场和熔覆层几何形貌的能力。实验结果表明,熔覆层形貌计算误差小于10%。 4. 系统研究了在铸铁表面多层搭接激光熔覆组织演化规律及性能。基于数值模拟的规律,设计激光合金化多层熔覆的工艺,降低了淬硬层深度,改善了结合性能,促进耐热性良好的柱状晶生长。研究了熔覆层弯曲强度与耐热疲劳性能。结果表明:NiCoCrAlY熔覆层抗弯强度提高到913.9MPa,熔覆层试样断口中熔覆层与基体的界面结合良好,断裂机制是脆性解理断裂与韧窝断裂相结合的混合断裂机制。由于熔覆层具有良好的高温稳定性以及细密的柱状晶组织,NiCoCrAlY熔覆层明显提高材料表面耐热疲劳性能。 本文研究结果为送粉式激光多层搭接熔覆工艺的实际工业应用与推广提供了依据,对发动机向高功率密度方向发展具有重要的现实意义。
Call Number31135
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48912
Collection先进制造工艺力学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
刘昊. 铸铁表面激光熔覆Ni基涂层工艺及组织性能研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.
Files in This Item:
File Name/Size DocType Version Access License
G201464145252.pdf(12265KB) 开放获取--Application Full Text
Related Services
Recommend this item
Bookmark
Usage statistics
Export to Endnote
Google Scholar
Similar articles in Google Scholar
[刘昊]'s Articles
Baidu academic
Similar articles in Baidu academic
[刘昊]'s Articles
Bing Scholar
Similar articles in Bing Scholar
[刘昊]'s Articles
Terms of Use
No data!
Social Bookmark/Share
All comments (0)
No comment.
 

Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.