2Cr13不锈钢轴套激光熔覆制造技术与工艺研究

摘要

激光熔覆技术可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，热影响区小，是一种经济效益很高的新技术。
　　本文首先回顾了激光熔覆技术国内外发展现状，对激光熔覆过程中的能量分布、物理化学现象、合金材料及选用原则等进行总结和分析。有限元法是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具，对激光熔覆数值模拟过程中的热传导问题进行归纳，并对ANSYS软件的有限元模拟基本流程进行介绍。
　　基体材料为2Cr13不锈钢，熔覆层为Ni25WC35合金粉末，应用APDL语言编程和生死单元技术实现了送粉式激光熔覆过程的数值模拟，成功在轴套表面形成质量良好的合金涂层。在此基础上模拟了不同工艺参数下，激光熔覆温度场的变化情况。分析结果表明通过减小激光功率和增大扫描速度的方法，可以降低熔覆层的开裂倾向。若仅仅通过改变预热温度的方法，熔覆层的开裂倾向下降幅度小，收效不大。
　　以激光熔覆温度场作为基础，采用间接耦合法对应力场进行研究。将温度场进行冷却60s，发现熔覆层表面和基体与熔覆层的界面处的热应力较大，且表现为拉应力。X方向的拉应力较大，避免了熔覆层与基体的界面处形成裂纹源。熔覆层处的热应力会小于与其接触的基体表面，因此接触点容易发生开裂与剥落现象。
　　2Cr13不锈钢轴套为沃曼渣浆泵的零件之一，工作环境恶劣，极容易出现腐蚀、磨损、断裂的情况。通过合理选择激光熔覆工艺参数，去除合金涂层表面气孔，避免涂层边缘剥落，提高涂层表面硬度，形成质量良好的合金涂层，大幅延长了轴套的使用寿命。

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1. 绪论

1.1. 前言

1.2. 激光熔覆数值模拟的研究现状

1.3. 激光熔覆技术目前存在的主要问题及发展方向

1.4. 本课题来源及研究的主要内容

2. 激光熔覆技术及有限元法

2.1. 激光熔覆过程中的能量分布

2.2. 激光熔覆过程中的物理化学现象

2.3. 合金材料的选取准则

2.4. 激光熔覆有限元法

2.5. 本章小结

3. 激光熔覆过程的温度场模拟

3.1. 前处理

3.2. 热源加载及求解控制

3.3. 后处理

3.4. 结果分析

3.5. 本章小结

4.激光熔覆残余应力场数值模拟

4.1. 残余应力的分类

4.2. 残余应力的测试方法

4.3. 激光熔覆残余应力分析

4.4. 残余应力的数值模拟

4.5. 本章小结

5.激光熔覆技术制造轴套

5.1. 2Cr13不锈钢轴套

5.2. 激光熔覆技术制造轴套

5.3. 本章小结

6. 总结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢