激光直接沉积成型2Cr13不锈钢显微组织与性能研究

摘要

马氏体不锈钢因其具有高的强度、硬度和韧性以及优异的耐腐蚀性能，被广泛应用于塑性要求较高及承受较高应力和冲击载荷的部件，如汽轮机、压缩机叶片等，在海洋环境中的应用也日益增加。由于过流部件在运行中常受到空蚀、冲刷磨损、电化学腐蚀等破坏，减低了不锈钢部件的使用寿命，造成了严重的经济损失。由于激光直接沉积成形技术可以通过激光扫描熔池中金属粉末逐层熔化快速凝固直接制备出组织细化，具有快冷组织高性能金属材料或其复杂形状零件，并可实现合金元素的添加和成分设计，近年来被应用在不锈钢部件的修复及其直接成形。本文选用2Cr13马氏体不锈钢粉末通过激光直接沉积成形制备其块体材料，并添加合金元素来改善其耐磨和耐腐蚀性能。 本实验利用半导体激光器制备了2Cr13、2Cr13-Mo、2Cr13-CeO2多种成分的激光直接沉积成形不锈钢块体样品，采用金相、扫描电镜、透射电镜、XRD、硬度、摩擦磨损和电化学等现代分析手段，对激光直接沉积成形的不锈钢样品的显微组织、耐磨和耐蚀等性能进行分析研究。 激光直接沉积成形2Cr13不锈钢优化工艺参数为:激光功率1800W，扫描速度5mm/s。在该优化工艺参数下分别制备出了尺寸为20mm×15mm×10mm的2Cr13和在2Cr13基础上添加了Mo和CeO2的不锈钢块体材料(2Cr13-Mo，2Cr13-CeO2)，致密度在96％左右。与传统的铸造或锻造工艺下制备的2Cr13不锈钢相比，激光直接沉积成形2Cr13样品的板条马氏体更细小，其显微硬度在470HV左右。 2Cr13-Mo、2Cr13-CeO2样品与未加合金元素相比，板条马氏体束更细小，晶界处析出的碳化物更细小。随着Mo合金元素质量分数的增加，硬度值逐渐升高，2％Mo样品的硬度值最高为640HV左右，样品的耐磨性也逐渐增强，腐蚀性先升高后降低，在含1.0％Mo的样品耐磨性和耐蚀性综合较好;随着CeO2合金元素质量分数的增加，硬度值、耐磨性和耐蚀性能先升高后降低，在含1.2％CeO2的样品硬度值最高为550HV左右，同时其耐磨性和耐蚀性综合最好。

目录

声明

摘要

1．1不锈钢概述

1．2不锈钢简介

1．2．1不锈钢分类及特点

1．2．2 2Cr13不锈钢的制备和热处理及其相应组织性能

1．2．3合金元素对2Cr13不锈钢的影响

1．3激光直接沉积成形2Cr13不锈钢材料

1．3．1激光直接沉积成形原理

1．3．2激光直接沉积成形技术的优劣

1．3．3激光直接沉积成形不锈钢在国内外研究现状

1．4课题研究目的和方法

2．1实验思路

2．2．实验材料

2．2．1基体材料

2．2．2激光沉积材料

2．3实验样品的制备

2．3．1实验设备

2．3．2激光直接沉积2Cr13不锈钢

2．4检测分析方法

2．4．1显微组织观察

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3硬度分析

2．4．4电化学测试

2．4．5耐磨性试验

2．4．6拉伸试验

2．4．7TEM分析

第3章2Cr13沉积层组织与性能研究

3．1单道激光直接沉积工艺参数的优化

3．1．1激光功率对成形尺寸的影响

3．1．2激光扫描速度对成形尺寸的影响

3．2激光直接沉积2Cr13不锈钢的显微组织

3．2．1激光直接沉积2Cr13不锈钢金相组织分析

3．2．2激光直接沉积层SEM形貌和能谱分析

3．3沉积层硬度分析

3．4激光直接沉积块体致密度测定

3．5本章小结

第4章Mo、Ce合金元素对激光直接沉积2Cr13不锈钢组织的影响

4．1前言

4．2 Mo含量对2Cr13不锈钢组织的影响

4．2．1激光直接沉积2Cr13-x％Mo的金相显微组织分析

4．2．2 SEM能谱分析

4．2．3物相分析

4．3添加CeO2含量对激光直接沉积2Cr13不锈钢组织影响

4．3．1激光直接沉积2Cr13-x％CeO2的金相显微组织分析

4．3．2 SEM能谱分析

4．3．3相结构分析

4．4本章小结

第5章激光直接沉积2Cr13的性能测试

5．1激光直接沉积层硬度测试

5．1．2 2Cr13-CeO2硬度测试

5．2沉积层摩擦磨损实验

5．2．1 2Cr13-Mo摩擦磨损实验

5．2．2激光直接沉积成形2Cr13-CeO2摩擦磨损实验

5．3耐腐蚀性能分析

5．3．1前言

5．3．1 2Cr13-Mo实验结果分析

5．3．2激光直接沉积2Cr13-CeO2实验结果分析

5．4拉伸性能分析

5．5本章小结

第6章结论

参考文献

致谢