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激光成形组织特征及应力行为 2017年5月25日 NO 3 目录 激光熔覆组织及部分缺陷特征 气孔缺陷特征 NO 1 激光单道成形组织 NO 2 薄壁及多层堆积成形组织 NO 5 残余应力与变形 NO 4 立体成形内应力 激光熔覆的典型组织特征 激光熔覆的典型组织特征 凝固行为的主要特征 液相熔池小 固态基体相对非常大 外延为主的方式完成凝固过程凝固速率处于近快速凝固范围 105 109K S 4 激光熔覆的典型组织特征 熔覆层组织总体特征 激光熔覆层一般分为熔覆区 过渡区和热影响区三个区域不同区域熔体对流作用和原子迁移距离不同凝固过程中界面通常将经历平面晶 胞晶 枝晶 等轴晶生长 5 单道成形组织特征 中锰铁基合金单道熔覆层 基体与界面处以平面晶的生长形态沿热流方向生长出 白亮带 靠近熔池底部为垂直于界面生长的的胞状晶和柱状晶熔覆层上部为等轴晶生长区 6 单道成形组织特征 熔体凝固边界层 激光熔池中对流运动强烈 成分过冷理论不能直接应用液态金属的粘度随温度降低而增大固液前沿的熔体熔体与已凝固的固相间具有较大吸附力 7 单道成形组织特征 G R对组织形态的影响 8 单道成形组织特征 18Cr2Ni4WA钢基体上Fe90合金熔覆层组织 熔覆层与基体冶金结合中部交叉树枝晶与细小等轴晶顶层为更加细小等轴晶 9 单道成形组织特征 Fe90合金熔覆层X射线分析 10 单道成形组织特征 基体温度30oCNi Cu合金单道熔覆层组织 11 单道成形组织特征 基体温度500oCNi Cu合金单道熔覆层组织 12 单道成形组织特征 不同基体预热温度熔覆层 13 薄壁成形组织 Fe314合金激光成形薄壁试件组织 14 薄壁成形组织 Fe90合金单道多层堆积 15 多层堆积成形组织 Fe314粉末成形的立方体内部结构 16 多层堆积成形组织 Fe314合金激光成形薄壁试件微观组织 17 f d c b e a 多层堆积成形组织 Fe314合金激光快速成形 18 b 多层堆积成形组织 中锰铁基合金多层堆积 19 多层堆积成形组织 中锰铁基合金多层堆积 20 多层堆积成形组织 灰铸铁堆积成形NiCu合金 21 多层堆积成形组织 灰铸铁堆积成形NiCu合金 22 多层堆积成形组织 灰铸铁堆积成形NiCu合金 23 多层堆积成形组织 灰铸铁堆积成形NiCu合金 24 气孔缺陷 气孔形成机理 25 气孔缺陷 H2孔 低碳钢和低合金钢激光熔覆中多出现在熔覆层表面铝镁合金激光成形多出现在熔覆层内部 26 气孔缺陷 N2孔 多成堆出现在熔覆层表面 呈蜂窝状 表面呈凹凸状只有熔池保护不好时才会出现 27 气孔缺陷 CO气孔 主要是FeO和其他氧化物与C在高温时反应产生多形成于熔覆层内部 呈条虫状 内壁有氧化色 28 气孔缺陷 灰铸铁堆积成形NiCu合金 29 激光立体成形中部分力学行为 立体成形中的内应力 31 它是在没有外力的条件下 平衡于物体内部的应力 根据产生原因可分为机械应力 热应力 和相变应力三种 按照存在时间可分为瞬时应力和残余应力 金属框架中的内应力 激光立体成形内应力 温度场的变化规律 32 激光立体成形内应力 Fe314合金激光快速成形 33 激光立体成形内应力 挠曲变形 34 薄板试样挠曲变形示意图 熔覆层残余应力 Fe314多层堆积熔覆层应力测试点位置 35 熔覆层残余应力 Fe314合金激光快速成形残余应力分析 36 熔覆层残余应力 Fe314合金激光快速成形残余应力分析 37 熔覆层深度方向应力分布 熔覆层残余应力 激光立体成形薄板试样的二维应力场 38 Ni20薄板尺寸及测点分布图 熔覆层残余应力 残余应力分布特征 39 残余应力沿光束扫描方向上的分布 熔覆层残余应力 残余应力分布特征 40 残余应力沿沉积高度方向上的分布 残余应力应变场的影响因素 熔覆材料显微组织转变对应力状态的影响单相材料熔覆层冷却过程中不经历固态相变 其应力状态的形成相对简单 对于发生固态相变的熔覆材料如H13工具钢 在冷却过程中发生马氏体相变 因体积膨胀产生压应力 相变压应力的迭加使熔覆层拉应力值降低 41 残余应力应变场的影响因素 熔覆材料塑性变形能力对应力状态的影响 42 316L薄板试样残余应力沿沉积高度方向分布 残余应力应变场的影响因素 沉积方式的影响 43 不同沉积方式制备面修复试样的翘楚变形 残余应力应变场的影响因素 基材温度的影响通过预热可以降低与沉积方向垂直的翘楚变形 对平行方向无影响相对控制成形热平衡 联合使用预热和缓冷方法限制变形更