金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术分析

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1、郑残欠学诲女擎谊论定壤要摘要本文以工业应用为耳的，重点从瓶个方面研究了金属材料表面激光强化和改性的若干关键技术。第一，金属率才料激光表面硬化技术研究。以应用需求为霹标，研究某些钢铁材料构成的机器设备、零部件的表西强化技术，寻求更有效、更经济、更方便地掇筒机器设备零部件表面性能的新方法、新工艺，拓宽激光热处蓬的应掰范围，推动激光表面处理技术工业化进程。熊二，余属材料激光表耐熔覆技术研究。以提高材料表箍的耐灏、耐镶等性能为哥的，采蘑预簧和送粉熔覆工艺方式，对常爝的臻萋含金和镍基碳化钨金属陶瓷合金涂层进行系统研究。针对阻

2、碍激光熔覆技术工业化推广应用进程静囊要闰戆之一静熔覆层襞纹闻戆，为寻求该闯藤嚣有效解决方法，获洛覆材料体系的设计、熔覆工艺的探索和规范以及在工芑规范条件下激光与熔覆材料的相互佟糟关系、涂层缀织帮毪能到工佟表面静最后强亿帮改经效采，进行了系统实验磷究和机理分析。‘一、金属材料激光表面硬化按术研究。研究了激光表瑟淬火工艺参数和硬他瑟性能、强化效果之间的关系，对大面积激光淬火技术的基础璁论及搭接方法对组织性能的影响规律进行了探讨。并结合工漉应蘑，对包装梳禳薅穰切辊、按塑梳换网器、亿工行业用过熊辊和铁路钢轨等的激光表面强化

3、技术进行了系统研究，获得了对这些零部体进行激毙表面强纯豹成熬酶工艺，解决了这些零部佟激光表瑟疆纯：逑稷中鹣关键技术。实验和研究的结果及童要结论，综合起来有以下几个方面：1．影镌众属材辩激光表瑟强健效采的因素有穰多，可分为霞个方嚣：(1)激光参数，(2)材料特性，(3)工慧参数，(4)环境条件。但在实际实践中，影响因索主要是激光功率和工艺参数。实验表明，对予任俺工件的表褥强讫，均存在一最佳的工艺参数缝合。2．首次成功地实现了模切机模切辊的大面积激光表面强化。该方法克服了常规硬纯方法静不髭，蕊工速度茯、成本低、操作简便

4、、实用往强。在模切辊激光表露强纯中，激光比能密度P／DV是影响相变硬化屡深度的燕要因素，搭接率的正确选取怒模切辊表面强化技术的关键。3．过丝辊激光表面淬火的研究表明，选取恰当的工艺参数对过丝辊表丽采用激光淬火替代传统的燕喷涂是切实可行的，该方法不毽能够克服熟喷涂方法中工件变形犬的不足，而腻工艺简便、成本低廉，实用性强，具肖明显的经济效菔和推广应用价值。4．首次成功地将激光表黼热处瑷技术威稻于塑辩挤出机换网器，开创了激光表面硬化的新途径。实际使用表明，激光表面强化的挤魍机换网器运行平稳，光拖伤、卡死现象，抗变形髓力强

5、，使粥寿命院常规淬火提高～倍以上，使用成本大大降低，生产效率显著提高，具有良好的经济效益和广泛的推广实用价值。5．首次成功地对U74钢轨迸行了激光表面淬火处理。经激光处理的铁路道岔道轨襄妫大学博士学位论文援要表强糖糙度很小，可以直接使用；摩擦磨损试验表明，经激光淬火的U74钢轨的耐磨性能有明显改藩：实际铺设路轨对比试验表明，采用激光淬火工艺处理的U74道岔钢轨，使用寿命提高80％。该方法的搂广应用，将为铁路行业骺来极大的经济效益。二、金属材料激光表面熔覆技术研究。探讨了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影晌的～般规律；

6、对具有高硬、财磨、耐腐蚀、抗氧化等优良综合性能且使用广泛豹高硬度镍基自熔合金粉末、镍基碳化钨金属陶瓷合会粉末的激光熔覆，进行了系统研究。并钟对阻碍激光熔覆毫硬度镍基合金技术实现工业化应用的主要闯题——熔覆鼷的裂纹问题，进行了深入的研究，寻求解决裂纹的有效方法。该问蹶的解决，对于激光熔覆技术的研究和皮用都有麓要的实际意义和理论价值。研究结果和主要结论如下：1．在高硬度镍基绒镍基碳化钨金属陶瓷耐磨激光熔覆层中，裂纹形成的基本微观组织原因可归因子涂鼷中大量存在的多种硬葳楣以及硬质相的不良分蠢形态所造成的涂层整体高脆性，难

7、以承受熔覆过程中所产生的较高拉应力所致。酋次提出了添加邋量的对组织煮缨化晶粒、晶爨强化和变质{乍用的Ti02、CaO、MgO等氧化物，以及选取合适的激光熔覆工慧参数以获得成形良好、无裂纹的高质蹙的熔覆层，且使涂层的组织鄹耐瘩性能均得到改善。2．实验表明，Ti02含量、工艺参数均对离硬度镍基合金复合涂鼷的质量和性能有明显影螭，且枣在最健参数组会。在本文所述实验条传下，当Ti02含量4wt．％、激光功率1．8kW、扫描速度2～3mm／s时，可以获得质量良好的熔覆层。3．微观枧遴分叛表甥，Ti02对Gl12镍基会金激建熔

8、覆滋性毙鳇改善姻联予Ti02对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分的提高作用。4．G112+4wt．％Ti02涂羼组织分为两层，即底部的胞状晶区和中部顶部的树枝状照区。腿状晶嚣缌织为：警(NiFe)固溶体+Cf羰诧物+TiC鬏靛躲伪多元共最传；恧捷枝状晶区中不樽析出粗大的块状脆性相，其组织为；细小的针状或花朵状碳、硼化物多元共疆+