激光成形马氏体高强度铁基合金试样组织与性能研究

摘要

针对Cr-Ni系马氏体型不锈钢强度高的特点，研制了三种不同C、B元素含量的Fe-17Cr-3Ni-0.8Si马氏体型激光增材制造专用的铁基合金粉末。通过调整粉末中C、B元素含量，采用CO2激光器在Q235基材上制取激光快速成形层，并利用奥林巴斯显微镜、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、洛氏硬度计、电液伺服动静万能试验机、立式万能摩擦磨损试验机等设备对激光成形件的组织与性能进行表征。其结果如下: (1)当C元素含量为0.12%~0.15%、B元素含量为0.1%~0.15%时，激光成形试样的物相以马氏体相为主相且存在有CrC相，晶界上有二次相粒子偏聚析出，激光成形试样硬度为53.2HRC~59.3HRC，抗拉强度为1806MPa~1856MPa，延伸率为2%~2.3%，当加载系数为0.4、频率为20Hz时，激光成形试样的疲劳断裂寿命>105次。 (2)当C元素含量≤0.08%、B元素含量≤0.08%时，试样内部存在不同位相的板条状马氏体组织和少量的铁素体组织，激光成形试样硬度为29.2HRC~32.7HRC，抗拉强度为1406MPa~1443MPa，延伸率为7.3%~10.4%，当加载系数为0.4、频率为20Hz时，激光成形试样的疲劳断裂寿命＞105次。 (3)当C元素含量为0.25%~0.35%、B元素含量≤0.08%时，试样的物相存在奥氏体相、马氏体相和Cr23C6相，激光成形试样硬度为25.4HRC~29.1HRC，抗拉强度为762MPa~884MPa，延伸率为3.6%~4.6%，当加载系数为0.4，频率为20Hz时激光成形试样的最大疲劳断裂寿命为86708次。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 激光成形技术的发展及应用现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容及研究目标

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 创新之处

第2章 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料

2.1.1 基材材料

2.1.2 铁基合金粉末

2.1.3 双层微膜包覆的铁基合金粉末

2.2 激光成形设备及试验方法

2.2.1 二氧化碳激光器

2.2.2 专用送粉喷嘴的研制

2.3 激光快速成形工艺与试验

2.4 实验方案及技术路线

2.5 激光成形层性能检测及设备

2.5.1 硬度测试

2.5.2 显微组织及物相分析

2.5.3 拉伸强度测试

2.5.4 电化学腐蚀试验

2.6 本章小结

第3章 激光成形试样的物相和组织特征

3.1 激光成形试样的物相分析

3.2 激光成形试样的组织分析

3.2.1 舍夫勒组织图

3.2.2 激光成形试样宏观形貌分析

3.2.3 激光成形试样显微组织分析

3.3 激光成形试样的成分分析

3.4 激光成形试样的拉伸断口形貌及能谱分析

3.5 本章小结

第4章 激光成形试样的性能研究

4.1 激光成形试样的硬度与摩擦磨损性能研究

4.1.1 激光成形试样的硬度值研究

4.1.2 激光成形试样的摩擦磨损试验分析

4.2 激光成形试样的力学性能研究

4.2.1 激光成形试样的静态力学性能

4.2.2 激光成形试样的动态力学性能

4.3 激光成形试样的耐腐蚀性研究

4.4 本章小结

第5章 总结与后续研究进展

5.1 总结

5.2 后续工作和展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢