激光熔覆修复层界面结合强度试验方法 编制说明

1本项目是根据国家标准化管理委员会下达2023年第一批推荐性国家标准计划（国标委发【2023】10号文），计划编号20230097-T-604，项目名称“激光熔覆修复层界面结合强度试验方法”进行制定。主要起草单位：沈阳工业大学，沈起草（草案、调研）阶段：计划下达后，2023年4月初标委会组织各起草多次研讨和认真修改。于2024年2月22的表示和判定、GB/T10623金属材料力学性能试验术语、GB/T16825.1静力GB/T29795激光修复技术术语和定义、GB/T29796激光修复通用技术规范、3备、试样夹具、试验要求、试验结果和试验报告等。主要技术内容包括1）夹具和试样的夹持方法等要求2）试验设备：规定了试验设备的准确度、拉伸试验夹持装置的同轴度等要求3）试验参数：试验温度、试验力零点、加载速度等试验参数选取4）结果与计算：界面结合强度检测及计算方法等。（1）解决了我国激光熔覆修复行业因没有激光熔覆修复层界面结合强度试试方法混乱、测试结果偏差值较大以及测试结果与实际（2）规定了激光熔覆修复层厚度、试样形状及尺寸、试样取样方式、夹具（3）规定了测试仪器设备精度等，避免因仪器设备精度不足影响测试结果（4）规定了试验温度、试验力零点、加载速度等主要试验参数范围和推荐4安全性提供指导，为推动激光熔覆修复技术旨在减小测定应变速率敏感参数时试验速率的变化和减小试验结果的测量不确5应计算原始表面、原始表面以下0.15mm和0.30mm每组平行试样界面结的缺口T形试样及具有同轴度的夹具在万能拉伸试验机上进行轴向拉伸试验，确保T形试样在界面的缺口处断裂，将拉伸试验得到的结果用来表示激光熔覆修复层T形试样的界面结合强度。本试验使用激光熔覆修复技术通过改变激光合金涂层的宏观形貌。图5为不同激光功率下激光熔覆铁基合金钢多道搭接宏观面约在基体的原始表面处；随着输出功率的提高（图1b和c），熔池深度增加，约在原始表面以下0.15mm处；当输出功率达到2200W时（图1d），熔池深度最大，约在原始表面以下0.3mm处。根据图2、图3和图4激光熔覆钴基合金、钛基表面、原始表面以下0.15mm和0.30mm处开缺口，切取试样时应距离修复层边编号等。原始表面、原始表面以下0.15mm和0.30mm处开缺口的平行试样每组数量应不少于3个。基于以上试验，样取样方式及激光熔覆修复层界面结合强度6a1600Wb1800Wc2000Wd2200W图1不同激光功率下激光熔覆铁基合金钢宏观形貌a1000Wb1200W图2激光熔覆钴基合金宏观形貌7图3激光熔覆钛合金宏观形貌aFeCoCrAlCuNiMo0bFeCoCrAlCuNiMo0.5cFeCoCrAlCuNiMo1图4激光熔覆高熵合金宏观形貌a1600Wb1800W8c2000Wd2200W图5不同激光功率下激光熔覆铁基合金钢多道搭接宏观形貌图6试样取样位置示意图9图7激光熔覆修复层界面结合强度测试试样尺寸（1）采用激光熔覆技术在Q345基板上通过往复式扫描的方法制备多层织及界面结合强度的影响。优化界面结合强度T形样品，探究缺口形状及缺口（2）采用激光熔覆技术在Q345基板上通过往复式扫描的方法制备多层（3）采用激光熔覆技术在316不锈钢基板上通过图8试验验证技术路线时，缺口在原始表面的T形试样具有较高的抗拉强度，这是因为适当的激光功由图9b可以看出T形试样在弹性变形阶段的曲线相似，在峰值荷载之前，MPa为零界面的92%，抗拉强度的降低与随着界面距离的增加合金元素的互扩a缺口位于原始表面b缺口位于0.15mm及0.3mm原始表面以下图9不同类型T形试样的应力-应变曲线表2九种T形试样的应力统计结果试样原始表面/MPa0.15mm原始表面/MPa0.3mm原始表面/MPa2000W603±8576±9491±92200W637±2595±7589±82400W625±5550±7545±3表3九种T形试样的应变统计结果试样原始表面/%0.15mm原始表面/%0.3mm原始表面/%2000W2200W20±12400W图10a为三种激光功率下制备的缺口位于原始表面的T型试样的应力-应变a缺口位于原始表面的T形试样b缺口位于0.15mm及0.3mm原始表面以下的T形试样图10不同类型的T形试样的应力-应变曲线表4九种T形试样的应力统计结果0.15mm原始表面试样原始表面/MPa/MPa0.3mm原始表面/MPa2000W873±8799±6737±82200W908±5807±3799±92400W834±9739±6796±5表5九种T形试样的应变统计结果试样原始表面/%0.15mm原始表面/%0.3mm原始表面/%2000W38±135±139±12200W45±144±137±22400W34±234±234±1解理面和大量气孔，这些气孔会加速裂纹的扩展。这就是图1解理面和浅韧窝组成。断裂分析表明，界面经历了微孔聚结断裂的脆性-韧性转a2000Wd2000Wb2200We2200Wc2400Wf2400W图11不同激光功率下制备的试样宏观以及微观断口形貌通过结合不同激光功率下制备的T形试样断口形貌以及显微组织的分析，建立了T形试样的微观断裂机理图，其原理如图12所示。图中象征的描述了裂图12T型试样的微观断裂机理W时制备出来的缺口在原始表面的T形试样相比具有较低的应变值，这表明强a缺口位于原始表面的T形试样b缺口在0.15mm及0.3mm原始表面的T形试样图13不同类型的T形试样的应力-应变曲线表6九种T形试样的应力统计结果试样零界面/MPa0.15mm界面/MPa0.3mm界面/MPa试样8816±6714±9688±9试样9869±7764±3733±9824±9778±6732±4表7九种T形试样的应变统计结果试样零界面/%0.15mm界面/%0.3mm界面/%试样842±128±235±1试样946±241±129±140±141±130±20.3mm原始表面处的试样具有较高的界面结合强度，规律为随着距界面距离的增加界面结合强度逐渐减小。在同等工艺参数的情的试样举例，缺口位于0.15mm原始表面以下的T形试样结合强度比缺口在原合强度比缺口位于原始表面处的T形试样约减少了18%。经过分析可知，这是光熔覆制备的涂层来说基体处的晶粒较粗晶界数目较少，具有较低的强度与韧口的中间部分有两道较为平行的直线，经过测量得到两条线之间的距离约为2样迅速断裂。因此，显微缺陷的存在对T形缺口试样的界面结合强度有着消极a2000Wd2000Wb2200We2200Wc2400Wf2400W图14不同激光功率下制备的试样宏观以及微观断口形貌的断裂位置。应计算原始表面、原始表面以下0.15mm