镍基合金激光熔覆再制造技术的工艺基础研究

摘要

再制造技术是以产品全生命周期设计和管理，以废旧机械零部件（如磨损等失效零件）作为对象，恢复废旧零部件原始尺寸、并且恢复甚至提升其服役性能的材料成形技术的统称。激光熔覆再制造是一种先进的再制造方法，激光熔覆技术利用高能激光束对基体和粉末进行局部加热，基体形成小区域熔池，粉末熔化后进入熔池形成冶金结合的先进制造技术。具有结合强度高，材料消耗少，热影响区小，涂层稀释率低，变形小，冷却速度快，组织致密，能制造梯度材料等特点。本文以镍基合金为熔覆粉末材料，Q235钢为基体，研究了激光熔覆再制造技术的工艺基础问题。
　　激光熔覆是点到线再到面累积的过程，工艺参数之间的配合在激光熔覆中尤为重要，单道激光熔覆的研究是所有后续研究的基础。通过工艺参数单因素实验对激光功率、送粉速度、扫描速度和成形质量影响关系进行研究，得到单因素工艺参数对几何形貌的影响机理；通过多因素实验研究单道激光熔覆成形工艺参数影响规律，得到优化的匹配工艺参数，对金相组织和硬度进行测试，得到激光熔覆层不同区域性能。
　　在激光熔覆表面修复技术中，面的熔覆是基础，面是由线组成的，不同轨迹之间搭接距离将对修复精度产生直接影响，搭接过程中会产生搭接不足、搭接过度和搭接良好等搭接现象，通过对相邻两道熔覆轨迹进行搭接，建立数学模型，计算搭接中心距，获得表面平整度高、成形性能优异的多道搭接熔覆层。
　　激光熔覆是复杂的多场耦合过程，气-粉二相流场是激光熔覆材料输送的重要部分，气-粉流场的稳定性，均匀性将直接影响熔覆质量。针对送粉速度和气流量两个参数对粉末汇聚的影响进行了数值模拟研究，通过粉末力学性能和流变特性对粉末在气流中的受力进行机理研究，获得了影响激光熔覆气-粉二相流场的主要参数，并研究了熔深对粉末汇聚性的影响，为提高激光熔覆效率提供了支持。

目录

1绪论

1.1激光熔覆再制造的发展及意义

1.1.1再制造技术发展及意义

1.1.2激光熔覆再制造技术

1.1.3激光熔覆的基本原理

1.1.4激光熔覆的特点

1.2激光再制造技术国内外研究现状

1.2.1国内外激光熔覆成形工艺参数研究

1.2.2国内外激光熔覆成形工艺控制研究

1.2.3国内外激光熔覆成形工艺性能研究

1.3主要的研究内容

1.3.1研究平台

1.3.2研究内容

2单道激光熔覆工艺研究

2.1单因素工艺参数对熔覆层截面形状的影响

2.1.1实验材料和方法

2.1.2实验结果

2.1.3实验结果分析

2.2多因素工艺参数对熔覆层截面形状的影响

2.2.1实验材料和方法

2.2.2实验结果

2.2.3实验结果分析

2.3本章小结

3多道激光熔覆搭接研究

3.1多道激光熔覆搭接中心距数学模型

3.2多道激光熔覆成形实验

3.2.1平面搭接成形实验方法

3.2.2实验结果

3.2.3实验结果分析

3.3本章小结

4激光熔覆过程中气-粉二相流场研究

4.1力学性能和流变特性

4.2数值模拟研究

4.2.1假设条件及基本参数设置

4.2.2数值模型建立

4.2.3模拟结果

4.2.4实验结果分析

4.3本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢

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