加工件在高能激光束的作用下被快速加熱,以高達 106 ~107 K/s 的加熱速率將基材表面迅速加熱到 105K 以上,通過氬氣等惰性氣體迅速冷卻。但由于激光熔覆層與基體的物理性能存在差異,在這種快速加熱和快速冷卻的條件下就會產(chǎn)生較大的應力。當應力值超過熔覆層的屈服極限時就會產(chǎn)生裂紋。在實際加工中裂紋作為激光熔覆技術(shù)的主要缺陷,嚴重制約了激光熔覆技術(shù)的應用。
裂紋產(chǎn)生的原因
熔覆過程中,高能激光束快速加熱使熔覆層與基材產(chǎn)生很大的溫度梯度。在隨后的冷卻中,熔覆層與基材的體積不一致,相互牽制,產(chǎn)生應力。
激光熔覆層中共晶組織和熔覆層底部粗大的樹枝晶在生長過程中,由于枝晶偏析的存在,造成晶間弱化,裂紋往往也是沿著它們的晶界開裂擴展。
激光熔覆裂紋分類
1、熔覆層裂紋
產(chǎn)生方式:在熔融金屬凝固過程中產(chǎn)生
產(chǎn)生區(qū)域:在熔覆層表面或內(nèi)部形成并向基體方向擴展。
2、界面裂紋
產(chǎn)生方式:孔洞,夾雜物等缺陷引發(fā)的微裂紋。
產(chǎn)生區(qū)域:產(chǎn)生在熔覆層與基體的界面處,并向表層擴展。
3、掃描搭接區(qū)裂紋
產(chǎn)生方式:熔融金屬不能充分濕潤而形成的。
產(chǎn)生區(qū)域:在搭接結(jié)合部與基材交界處。
激光熔覆裂紋的抑制方法
一、熱處理控制
1.對基材進行預熱,溫度控制在200-400℃,目的是降低基材和熔覆層之間的溫度差。
2.熔覆完成后對產(chǎn)品進行緩冷處理或去應力退火。
二、原材料控制
1.基體材料。
基材冶煉和出廠前要求成分和組織均勻,氣孔和夾雜等缺陷少。
2.粉末材料
選擇韌性較好的熔覆材料。外加合金元素盡量降低B、Si、C的含量。B、Si具有造渣能力,單在熔池中不能及時上浮,夾雜在熔覆層中,增加裂紋敏感性。C能提高材料的硬度和耐磨性,但是比例過高也會使得熔覆層脆性加大。
添加WC,TiN等強化相時需控制好比例,過高的含量容易造成元素分布不均,元素局部富集,應力過大引起開裂。
熔覆前先將粉末進行平鋪烘干處理:真空條件下200℃保溫2h。
三、熔覆工藝控制
1. 調(diào)整送粉量,熔覆單層厚度控制在1.0-1.5mm范圍內(nèi)。
2.激光束選擇線光斑,使單道熔覆層的寬度盡量寬。
3.微調(diào)激光功率,掃描速度,光斑直徑,控制粉末最佳融化效果。
4.在保護氣氛下進行激光熔覆。
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