激光重熔对TC4钛合金表面Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)激光熔覆层形貌组织、元素分布和裂纹敏感性的影响

摘要

目的减少裂纹数目,改善TC4合金基体表面激光熔覆涂层的表面形貌和裂纹敏感性。方法采用激光重熔工艺对激光熔覆后的熔覆层进行后处理。通过有限元与试验相结合的方法,研究激光重熔处理对Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)熔覆层表面形貌、组织演变及裂纹敏感性的影响规律,并探讨其影响机理。激光熔覆完毕后,再次进行激光扫描,得到重熔涂层,并采用扫描电镜和维氏硬度计对激光熔覆与激光重熔涂层的熔覆形貌、微观组织、裂纹情况、元素分布及断裂韧性进行观察与测试。结果有限元仿真结果表明,熔覆涂层从热影响区到熔覆层顶部的温度由660.23℃升至3122.3℃,激光重熔涂层温度则是由927.61℃升至2772.9℃。此外,重熔涂层在Z方向上的残余应力明显下降,且残余应力曲线平缓,应力梯度较小。激光重熔工艺可以明显缓解熔覆涂层结合区的温度梯度和残余应力。通过对涂层进行观察检测发现,激光重熔涂层表面起伏状况得到缓解,表面裂纹数目减少。重熔涂层平面晶数量较少,组织致密,使得裂纹发生穿晶扩展,裂纹扩展能量不断消耗,有效阻碍了裂纹延拓。激光重熔工艺可以均化元素分布,使重熔涂层的断裂韧性提升至9 MPa·m1/2以上,有效提高了涂层的断裂韧性,改善裂纹的敏感性。结论通过激光重熔,熔覆层表面起伏变小,裂纹数目明显减少,断裂韧性和结合强度得到明显提高。