激光熔覆TiC增强Inconel718材料工艺及组织性能研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liqingxian1986
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随着科学技术的进步,模具的使用要求逐渐变高,模具的失效问题也日益突出。激光熔覆作为一种常见的表面改性方法,具有稀释率低,熔覆层与基体结合方式为冶金结合等优点。本文以TiC和Inconel718作为熔覆材料,以H13为基板,使用光外同轴送粉的激光熔覆设备作为实验设备,并通过仿真与实验结合的方法研究工艺参数对熔覆层温度场及宏观形貌等方面的影响。此外,研究了 TiC含量对熔覆层的微观结构和机械性能的影响。最终得出一种能够提高热挤压模具表面耐磨性的选择。论文的主要研究内容包括:(1)激光熔覆过程温度场的仿真分析。利用有限元软件建立了激光熔覆TiC颗粒增强Incone1718复合材料的温度场数值模型,探究了激光功率、扫描速度及送粉速率对熔覆过程温度场、熔覆层形貌及凝固特征的影响规律。最终试验与仿真结果具有较好的一致性。随着激光功率及送粉速率的增加,熔覆过程最高温度、熔宽、熔高均增加。而随着扫描速度的增加,熔覆过程最高温度、熔宽、熔高均减小。(2)激光熔覆基础工艺的研究。参考温度场仿真结果,先采用单因素法探究工艺参数对单道单层熔覆层质量(包括宽高比、稀释率、显微硬度)的影响,然后采用响应面法寻找出质量良好的工艺参数组合。提出搭接率与z方向提升量理论模型,改变搭接率与z方向提升量进行激光熔覆多道多层,实验证明当中心距为1.57mm、z方向提升量为0.57mm时熔覆层最为平整。(3)激光熔覆TiC/Incone1718复合层微观组织研究。依据优化后的工艺参数,添加不同含量TiC,对复合材料进行激光熔覆。当TiC含量为5%时,增强相主要以粒状共晶TiC及未完全溶解的TiC这两种形式存在。当TiC含量为10%时,增强相的形式除了少部分共晶TiC外,还出现了枝晶状的初生TiC。当TiC含量达到15%时,枝晶状的初生TiC变得粗大。未完全溶解的TiC的周围有一层富含Nb、Ti的碳化物。在物相方面,随着TiC含量的增加,TiC所有衍射峰的相对强度均增加。由于残余拉应力的存在,使得TiC—部分峰向小角度偏移。择优取向使得γ相的部分峰强出现了改变。(4)激光熔覆TiC/Incone1718复合层机械性能研究。对不同成分的熔覆层进行显微硬度进行测试分析,添加TiC有助于提高熔覆层的显微硬度。当TiC含量为5%时,摩擦系数最小,磨痕宽度和深度也是最小的,基体的磨损体积为添加5wt.%TiC时试样的13倍左右。无论是基体还是熔覆层,试样的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。
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