Causes i efectes de la reducció de la duresa del recobriment del revestiment làser
1. Causes de la disminució de la tenacitat de la capa de revestiment
(1). Estrès
A causa de la gran diferència de coeficient d'expansió tèrmica entre el material de revestiment i la matriu, és fàcil produir estrès intern durant el revestiment. El procés de revestiment és un procés de fusió ràpida i solidificació ràpida. En aquest procés, hi haurà una diferència de gradient de temperatura i es generaran diverses tensions, com ara la tensió tèrmica de tracció causada per la contracció desigual de la capa de revestiment a causa del diferent gradient de temperatura i el coeficient d'expansió tèrmica del material, i l'estrès organitzatiu causat. per la transició de fase del metall en el procés de refredament. I la tensió de restricció causada per l'extrusió de la part no contractada quan la capa de revestiment es redueix a causa de la diferència de gradient de temperatura. L'estrès intern inclou l'estrès tèrmic, l'estrès estructural i l'estrès de restricció, i l'estrès tèrmic és l'estrès principal. En el procés de revestiment làser, la resistència a la fractura és molt inferior a la força de tracció tèrmica generada, que és la principal causa de la producció d'esquerdes. Les esquerdes es formen quan la tensió tèrmica supera el límit de resistència del material.
Els resultats mostren que la distribució no uniforme de borurs i carburs de crom de gran volum al recobriment de carbur de silici basat en níquel del revestiment làser, que provoca un estrès tèrmic excessiu, és el principal motiu de l'esquerda. En el procés de revestiment làser, els compostos trencadissos són fàcils de formar al límit del gra, i el coeficient d'expansió tèrmica d'aquests compostos trencadissos i la capa de revestiment és molt diferent, cosa que condueix a la concentració d'estrès al límit del gra, i el trencament és fàcil de resultar de la reducció de la duresa.
(2). Defectes en el procés de revestiment
Durant el procés de revestiment també es produiran petits defectes com ara porus i microesquerdes. L'existència de porus pot ser causada per la dissociació i gasificació d'una substància en el material causada per làser d'alta energia. Una altra possibilitat és que es necessiti gas inert com a gas protector en el procés de revestiment làser, i el gas protector estarà implicat a la piscina fosa. El gas es deixa a la piscina de condensats massa tard per ser descarregat i formar porus. En el procés de condensació ràpida, l'existència de porus provocarà microesquerdes. Si els components com la desoxigenació i la fabricació d'escòries a la pols de revestiment no poden flotar a temps, es conservaran al recobriment de revestiment. Aquestes inclusions també augmentaran la possibilitat d'esquerdes en el recobriment i reduiran la resistència estructural i la tenacitat de la capa de revestiment. Al mateix temps, l'existència de porus també ajuda a l'inici i l'expansió de les esquerdes. Els porus fan que la capa de revestiment es solta, i és fàcil produir concentració d'estrès al voltant dels porus, la qual cosa augmenta la sensibilitat de les esquerdes a la capa de revestiment.
2. Factors que influeixen en la tenacitat de la capa de revestiment
La resistència a la fractura de la capa de revestiment làser es veu afectada per molts factors, com ara l'elecció del material de revestiment, la potència del làser, la velocitat d'alimentació de pols i la temperatura de la matriu de revestiment. La causa principal de l'esquerda del recobriment és l'estrès intern causat per la diferència de propietats físiques entre la capa de revestiment i el substrat. Quan es seleccionen el material en pols de revestiment i el material de substrat amb propietats físiques similars, la fusió i la solidificació dels dos materials estan gairebé sincronitzades, cosa que pot reduir eficaçment la possibilitat d'esquerdes de la capa de revestiment i millorar la duresa del recobriment. Els paràmetres de procés del revestiment làser també tenen una influència directa en la generació d'esquerdes. Amb l'augment de la potència del làser, les esquerdes del recobriment primer augmenten i després disminueixen, i la velocitat d'escaneig làser i la velocitat d'alimentació de pols també tenen efectes similars. El tractament de preescalfament del substrat abans del revestiment pot reduir significativament el gradient de temperatura entre la piscina fosa i el substrat i millorar la distribució de l'estrès de la capa de revestiment.
Mètodes per augmentar la duresa dels recobriments
1. Optimització de la composició de pols de revestiment
El revestiment làser és fondre la pols i la matriu per formar un recobriment metal·lúrgic, el rendiment del recobriment i la selecció i tractament de pols és molt important. La duresa del recobriment d'aliatge amorf a base de Fe és relativament pobre i és molt fàcil produir esquerdes en el procés de preparació o en l'ús real a causa de la tensió establerta a la zona de cisalla interna. Les llandes continuen expandint-se fins que es produeix una fractura fràgil, però l'estructura especial de disposició atòmica desordenada i sense límit de cristall fan que els cristalls amorfs a base de ferro tinguin una excel·lent resistència al desgast i a la corrosió. La zona de cisalla interior de l'aliatge amorf és fàcil de causar concentració de tensió, on es formen fàcilment microesquerdes i l'expansió de les microesquerdes pot produir esquerdes de fractura. El recobriment d'alta duresa i tenacitat es va obtenir mitjançant una prova de revestiment làser a la superfície de la placa d'acer després de barrejar nanotubs de carboni recoberts de níquel amb pols amorfa a base de ferro per mòlta de boles. Es va trobar que l'estructura composta nanocristal·lina amorfa amb una bona duresa es va formar al recobriment després que s'hi van afegir nanotubs de carboni recoberts de níquel. Mentrestant, el niquelat i el fresat de boles poden evitar eficaçment la formació de carburs trencadissos en el procés de revestiment làser, per garantir que el recobriment tingui una bona resistència a la fractura.
L'addició d'una quantitat adequada d'elements de terres rares pot millorar la taxa d'absorció de la pols al feix làser d'alta energia, fer que la pols de revestiment es fongui de manera uniforme i completament, formar millor un enllaç metal·lúrgic amb la matriu, reduir la probabilitat de porositat, i es pot utilitzar per homogeneïtzar, solució sòlida forta i fort enduriment del recobriment de carbur cimentat.
2. Capa de transició addicional
L'ús de pols amb una bona duresa i una bona combinació amb les propietats físiques de la matriu com a capa inferior, és a dir, establir una capa de transició o una capa de gradient al mig de la matriu i la capa de revestiment pot reduir l'estrès intern entre la capa de revestiment. amb una gran duresa i la matriu, i reduir les esquerdes causades per un esforç excessiu. La zona de transició intermèdia pot alleujar l'estrès residual causat pel diferent coeficient d'expansió tèrmica entre el substrat i la capa de revestiment, millorant així la duresa del recobriment i evitant el trencament del recobriment. Es diposita una capa de recobriment de Ni20Cr a la superfície de l'acer com a capa base, i després dues capes de recobriment de Ni60A es dipositen contínuament sobre el recobriment de Ni20Cr. Els resultats mostren que l'adopció del recobriment de Ni20Cr com a capa base pot millorar eficaçment la unió metal·lúrgica entre el recobriment i el substrat. Redueix molt les esquerdes, els porus i altres defectes del recobriment.
3. Optimització dels paràmetres del procés
En el procés de revestiment làser, la potència del raig làser P, la velocitat d'escaneig V, el diàmetre del punt D, etc. tenen efectes importants en la qualitat de la capa de revestiment. La velocitat d'alliberament diluïda és la realització de la massa de recobriment, i la velocitat d'alliberament diluïda es veu afectada per l'energia específica E.
Els resultats mostren que l'energia específica E massa gran o massa petita no és favorable a l'obtenció del recobriment amb un rendiment excel·lent. Si E és massa baixa, la taxa de dilució del recobriment serà corresponentment baixa, la matriu i la capa de revestiment no poden obtenir una bona unió metal·lúrgica i la superfície de la capa de revestiment també és propensa a esquerdes de porositat i altres defectes. Si l'energia específica E és massa alta, la taxa de dilució augmentarà en conseqüència i els metalls de la piscina fosa es barrejaran completament i no es podran exercir les excel·lents propietats de la pols de revestiment. S'ha trobat que la velocitat d'escaneig làser és massa ràpida, donant lloc a una formació desigual de la capa de revestiment, la velocitat d'escaneig és massa lenta, formarà una estructura de cristall més gran, la velocitat d'escaneig adequada pot obtenir una capa de revestiment relativament densa i una millor duresa.
3. Tractament tèrmic
(1) Preescalfament i post-tractament tèrmic
El tractament tèrmic del recobriment de revestiment làser consisteix bàsicament a ordenar la fase i homogeneïtzar els elements del recobriment. El preescalfament adequat del substrat pot reduir eficaçment el gradient de temperatura del recobriment, reduir l'estrès tèrmic i millorar la duresa del recobriment. Els resultats mostren que un preescalfament adequat de la matriu pot reduir significativament la velocitat de refredament de la capa de revestiment, reduir l'estrès residual i inhibir la generació d'esquerdes. Com es mostra a la figura següent, es poden observar esquerdes quan la matriu no s'escalfa prèviament (la fletxa indica), però no es poden veure esquerdes evidents quan la matriu s'escalfa a 200 graus.
Per tal de millorar la duresa de la capa de revestiment i reduir la tendència d'esquerdes del recobriment, el mètode de matriu preescalfada és relativament senzill i, de vegades, no pot aconseguir l'efecte esperat. Es troba que el preescalfament i la conservació de la calor poden reduir significativament la velocitat de refredament de la piscina fosa, millorant així la distribució de la temperatura de la piscina fosa, reduint la fase dura eutèctica intercristal·lina, augmentant la fase dúctil en el procés de fusió, cosa que fa que la duresa de la piscina fosa. la capa de revestiment va augmentar i la tensió tèrmica residual va disminuir, i les esquerdes van disminuir o fins i tot van desaparèixer. El tractament tèrmic de la pols pot millorar la capacitat d'unió de la pols i la fase reforçada, i també millorar la duresa i la tenacitat del recobriment de revestiment. El tractament tèrmic del recobriment obtingut pot homogeneïtzar el recobriment, reduir significativament la densitat del defecte del recobriment, alliberar l'estrès residual del recobriment i millorar la resistència i la duresa del recobriment. El tractament post-calor pot millorar la resistència a la tracció i la resistència a l'esquerda del recobriment i la relació d'allargament, la resistència a la fluència i la resistència a la tracció final de la capa de revestiment.
El preescalfament i el tractament post-escalfament poden reduir significativament el gradient de temperatura de la piscina fosa, augmentar la duresa i inhibir la generació d'esquerdes, però el procés de preescalfament i post-escalfament produirà una temperatura massa alta, cosa que és fàcil d'afectar a la distribució interna de l'estrès. de peces de paret primes i pot provocar deformacions de la peça. Per tant, el preescalfament i el tractament posterior a la calor es limiten a reforçar o reparar peces de parets primes de precisió.
(2) Refusió per làser
Una o més refusions làser immediatament després del revestiment làser poden eliminar els defectes superficials del recobriment i millorar la duresa del recobriment. El recobriment compost de Ni60/50% WC sense esquerdes es va obtenir mitjançant revestiment làser + tractament de refusió sobre una superfície d'acer 45. S'ha trobat que la refusió làser té les funcions d'escapament d'escòria secundària, curar esquerdes, millorar la rugositat de la superfície i millorar la no uniformitat i la compacitat de l'estructura del recobriment. El recobriment amorf basat en Fe es prepara mitjançant tres mètodes d'escaneig làser, és a dir, el primer escaneig làser escalfa la matriu, el segon revestiment làser forma el recobriment amorf i, a continuació, la tercera refusió làser del recobriment amorf obté el recobriment sense esquerdes. . La refusió làser elimina bàsicament els defectes del recobriment i millora molt el mòdul elàstic i la duresa del recobriment.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. és una empresa d'alta tecnologia especialitzada en R + D, fabricació i venda de màquines de revestiment làser automàtica, màquines de revestiment làser d'alta velocitat, màquines d'extinció làser, màquina de soldadura làser i equips d'impressió làser 3D. Els nostres productes són rendibles i es venen a nivell nacional i estranger. Si esteu interessats en els nostres productes, poseu-vos en contacte amb nosaltres a bob@gshenglaser.com.