大功率半导体激光制造铁基熔覆层的工艺研究

摘要

本文结合大功率半导体激光器(HPDL)在熔覆中的应用优势,制备了铁基合金粉末熔覆层。并探讨了在激光熔覆直接制造铁基熔覆层过程当中,工艺参数对熔覆层宏观形貌和质量的影响,同时研究了铁基熔覆层微观组织的特点,为实际修复齿轮齿面的研究工作起到了参考和指导作用。 根据大功率半导体激光器激光能量密度的分布特点,提出了大功率半导体激光器激光与粉末作用下的升温数学模型,初步给出了工艺参数之间的关系以及对熔覆层外观的影响。 工艺研究是激光直接制造熔覆层的基础部分。本课题研究了激光功率、扫描速度、送粉速度、离焦量、载气流量、保护气体流量、材料表面状态等工艺参数对成形尺寸和成形质量的影响。结果表明：要获得较好的成形质量,工艺参数之间存在着最佳的匹配值。 对铁基熔覆层的微观组织和硬度分布进行了分析和测试。大功率半导体熔覆的铁基熔覆层显示出典型的铸造组织特征,形态上主要由平面晶、柱状晶体、胞状树枝晶体、树枝晶等非平衡铸态组织组成。显微组织上由先共析铁素体枝晶,以及枝晶之间的马氏体和残余奥氏体组成。物相上由α-Fe,以及(Cr,Fe)7C3化合物构成。硬度高达900HV,是基体硬度的4倍。 大功率半导体激光熔覆Fe合金熔覆层为现代装备提供了先进的维修手段,展现出广阔的应用前景,本研究为进一步在修复齿轮齿面的应用中有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2目前齿轮齿面的失效形式和修复技术

1.2.1主要失效形式

1.2.2常见的齿面修复方法

1.3激光熔覆的发展现状

1.3.1激光熔覆基础理论的研究

1.3.2激光熔覆工艺与组织性能的研究

1.4半导体激光熔覆的发展状况

1.4.1大功率半导体激光器的特点

1.4.2大功率半导体激光器熔覆的应用现状

1.5研究目的和内容

第2章大功率半导体激光熔覆的物理过程

2.1引言

2.2大功率半导体激光光束功率分布

2.3激光与粉末的相互作用

2.3.1粉末对激光的衰减作用

2.3.2粉末在激光束作用下的升温模型

2.2.3粉末在激光束下的作用时间

2.4本章小结

第3章大功率半导体激光制造铁基熔覆层工艺研究

3.1引言

3.2实验设备及材料

3.2.1快速制造实验设备

3.2.2实验材料

3.2.3实验方法

3.3实验结果和分析

3.3.1工艺参数对熔覆层成形质量的影响

3.3.2多道搭接

3.4本章小结

第4章铁基熔覆层的微观组织性能分析

4.1引言

4.1.1实验分析装置

4.2铁基熔覆层的微观组织以及物相成分

4.2.1凝固特征

4.2.2熔覆层的显微组织特征和物相组成

4.2.3铁基熔覆层微观组织中存在的缺陷

4.3熔覆层的硬度分布

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢