激光重熔A356铝合金表面组织及性能的研究

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铝是地壳中含量最为丰富的几种金属元素之一,铝合金是一种轻质合金,其密度小,常用于汽车交通、航天工业、国防设备产品等领域。本文研究的A356铝合金主要应用于铸造铝合金轮毂、铸造发动机缸体以及航空铸造件中,但是由于铝元素较为活泼且A356铸态铝合金硬度相对较低,为了保证铝合金铸造零件的表面质量,提高其表面耐腐蚀性、耐磨性以及表面硬度具有重要意义,在提高各方面性能的同时其热稳定性也是不可忽略的一部分。激光重熔技术工艺简单,其快速冷却的特点提高了过冷度,改善表面组织状态,释放表面气孔等缺陷,从而提高表面质量,因此激光重熔工艺十分适用于A356铸态铝合金表面强化。本文在同等条件下分别采用1000W、1500W及2000W的激光功率进行激光重熔表面处理,并通过各种试验手段对不同工艺参数样品进行耐腐蚀性、耐磨性、表面硬度以及热稳定性进行分析,为A356铸造铝合金的表面激光重熔处理提供相关理论支持,以促进激光重熔技术在铝合金材料领域的应用。实验结果表明:经过激光重熔后的A356铸态铝合金表面明显出现重熔区、热影响区以及基板区三部分,随着激光功率的提高重熔区的深度明显增大。通过光学显微镜及扫描电镜观察发现重熔区的晶粒尺寸明显细化,重熔区第二相发生弥散分布,热影响区晶粒尺寸变化幅度较小,热影响区第二相出现团聚现象。通过XRD及EDS分析发现激光重熔未引起相变,经过后续高温退火处理,试样的金相组织保持稳定,说明激光重熔处理的组织具有非常好的热稳定性。在机械性能测试中,利用显微硬度测试及纳米压痕实验发现,第二相Al-Si共晶相硬度高于α-Al相。激光重熔处理后第二相发生弥散强化,提高了表面硬度及其均匀性。通过摩擦磨损实验发现由于细晶强化及弥散强化的作用下,重熔层的耐磨性得到提升。三点弯曲实验结果显示随着激光功率的提高重熔层的塑性明显增大,在1500W和2000W的激光功率下表面强化层与基板之间表现出非常强的冶金结合能力。利用电化学腐蚀的方法,分析了极化曲线及阻抗图谱,结果显示激光重熔后引入了热残余应力,提高了氧化层的抗击穿能力,1000W重熔区的耐腐蚀性最好,与基板区耐腐蚀性相比显著提高。
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