Ti811表面原位生成纳米Ti3Al激光熔覆层的组织和性能

张天刚; 孙荣禄

doi:doi:10.3788/CJL201845.0102002

中国激光, 2018, 45 (1): 0102002, 网络出版: 2018-01-24

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Microstructure and Properties of Nano-Ti3Al Laser Cladding Layer Prepared on Ti811 Alloy Surface

张天刚 ^1,*孙荣禄 ^2,3

作者单位

¹ 中国民航大学工程技术训练中心, 天津 300300

² 天津工业大学机械工程学院, 天津 300387

³ 天津市现代机电装备技术重点实验室, 天津 300387

图 & 表

图 1. TC4合金粉的形貌

Fig. 1. Morphology of TC4 alloy powders

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图 2. 激光熔覆层的横截面形貌

Fig. 2. Morphology of cross-section of laser cladding layer

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图 3. 激光熔覆层的X射线衍射图谱

Fig. 3. X-ray diffraction pattern of laser cladding layer

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图 4. (a)激光熔覆层的微观形貌;(b)局部放大图

Fig. 4. (a) Morphology of laser cladding layer; (b) partial enlarged drawing

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图 5. Ti-Al二元合金相图

Fig. 5. Ti-Al binary alloy phase diagram

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图 6. 钛与β同晶元素组成的相图

Fig. 6. Phase diagram of Ti-β isomorphous element

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图 7. β相区变形及冷却过程中魏氏组织的形成过程示意图

Fig. 7. Schematic for formation of Widmanstatten structure during β phase deformation and cooling process

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图 8. 激光熔覆层表面到基体的显微硬度测试点分布

Fig. 8. Microhardness measurement points from surface of laser cladding layer to substrate

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图 9. 激光熔覆层表面到基底的显微硬度曲线

Fig. 9. Microhardness curve of laser cladding layer from surface to substrate

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图 10. (a)激光熔覆层和(b)基底的磨损体积

Fig. 10. Wear volume of (a) laser cladding layer and (b) substrate

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图 11. 白光干涉轮廓仪分析结果。(a)熔覆层磨损表面;(b)基底磨损表面

Fig. 11. Analysis results from white-light interferometry profilometer. (a) Wear morphology of cladding layer; (b) wear morphology of substrate

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图 12. (a)激光熔覆层和(b)基体磨损表面的SEM形貌

Fig. 12. SEM morphology of wear surface of (a) laser cladding layer and (b) substrate

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图 13. (a)激光熔覆层和(b)基体磨损表面的高倍SEM形貌

Fig. 13. (a) SEM high magnification morphology of wear surface of (a) laser cladding layer and (b) substrate

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表 1常见β相稳定元素的临界质量分数

Table1. Critical mass fraction of common β phase stable elements

Element	Mo	V	Cr	Nb	Ta	Mn	Fe	Co	Cu	Ni	W
Critical mass fraction /%	10	15	7	33	40	6.4	5	7	13	9	20

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表 2激光熔覆层和基底Ti811合金的摩擦磨损性能

Table2. Friction and wear properties of laser cladding layer and Ti811 alloy

Material	Weardepth /μm	Wearvolume /μm³	Frictioncoefficient
Lasercladding layer	51.8	5.46×10⁷	0.46-0.52
Ti811 alloy	65.3	6.82×10⁷	0.66-0.72

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张天刚, 孙荣禄. Ti811表面原位生成纳米Ti3Al激光熔覆层的组织和性能[J]. 中国激光, 2018, 45(1): 0102002. Zhang Tiangang, Sun Ronglu. Microstructure and Properties of Nano-Ti3Al Laser Cladding Layer Prepared on Ti811 Alloy Surface[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(1): 0102002.

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图 1. TC4合金粉的形貌

Fig. 1. Morphology of TC4 alloy powders

图 2. 激光熔覆层的横截面形貌

Fig. 2. Morphology of cross-section of laser cladding layer

图 3. 激光熔覆层的X射线衍射图谱

Fig. 3. X-ray diffraction pattern of laser cladding layer

图 4. (a)激光熔覆层的微观形貌;(b)局部放大图

Fig. 4. (a) Morphology of laser cladding layer; (b) partial enlarged drawing

图 5. Ti-Al二元合金相图

Fig. 5. Ti-Al binary alloy phase diagram

图 6. 钛与β同晶元素组成的相图

Fig. 6. Phase diagram of Ti-β isomorphous element

图 7. β相区变形及冷却过程中魏氏组织的形成过程示意图

Fig. 7. Schematic for formation of Widmanstatten structure during β phase deformation and cooling process

图 8. 激光熔覆层表面到基体的显微硬度测试点分布

Fig. 8. Microhardness measurement points from surface of laser cladding layer to substrate

图 9. 激光熔覆层表面到基底的显微硬度曲线

Fig. 9. Microhardness curve of laser cladding layer from surface to substrate

图 10. (a)激光熔覆层和(b)基底的磨损体积

Fig. 10. Wear volume of (a) laser cladding layer and (b) substrate

图 11. 白光干涉轮廓仪分析结果。(a)熔覆层磨损表面;(b)基底磨损表面

Fig. 11. Analysis results from white-light interferometry profilometer. (a) Wear morphology of cladding layer; (b) wear morphology of substrate

图 12. (a)激光熔覆层和(b)基体磨损表面的SEM形貌

Fig. 12. SEM morphology of wear surface of (a) laser cladding layer and (b) substrate

图 13. (a)激光熔覆层和(b)基体磨损表面的高倍SEM形貌

Fig. 13. (a) SEM high magnification morphology of wear surface of (a) laser cladding layer and (b) substrate

表 1常见β相稳定元素的临界质量分数

Table1. Critical mass fraction of common β phase stable elements

表 2激光熔覆层和基底Ti811合金的摩擦磨损性能

Table2. Friction and wear properties of laser cladding layer and Ti811 alloy

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图 1. TC4合金粉的形貌

Fig. 1. Morphology of TC4 alloy powders

图 2. 激光熔覆层的横截面形貌

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图 3. 激光熔覆层的X射线衍射图谱

Fig. 3. X-ray diffraction pattern of laser cladding layer

图 4. (a)激光熔覆层的微观形貌;(b)局部放大图

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图 5. Ti-Al二元合金相图

Fig. 5. Ti-Al binary alloy phase diagram

图 6. 钛与β同晶元素组成的相图

Fig. 6. Phase diagram of Ti-β isomorphous element

图 7. β相区变形及冷却过程中魏氏组织的形成过程示意图

Fig. 7. Schematic for formation of Widmanstatten structure during β phase deformation and cooling process

图 8. 激光熔覆层表面到基体的显微硬度测试点分布

Fig. 8. Microhardness measurement points from surface of laser cladding layer to substrate

图 9. 激光熔覆层表面到基底的显微硬度曲线

Fig. 9. Microhardness curve of laser cladding layer from surface to substrate

图 10. (a)激光熔覆层和(b)基底的磨损体积

Fig. 10. Wear volume of (a) laser cladding layer and (b) substrate

图 11. 白光干涉轮廓仪分析结果。(a)熔覆层磨损表面;(b)基底磨损表面

Fig. 11. Analysis results from white-light interferometry profilometer. (a) Wear morphology of cladding layer; (b) wear morphology of substrate

图 12. (a)激光熔覆层和(b)基体磨损表面的SEM形貌

Fig. 12. SEM morphology of wear surface of (a) laser cladding layer and (b) substrate

图 13. (a)激光熔覆层和(b)基体磨损表面的高倍SEM形貌

Fig. 13. (a) SEM high magnification morphology of wear surface of (a) laser cladding layer and (b) substrate

表 1常见β相稳定元素的临界质量分数

Table1. Critical mass fraction of common β phase stable elements

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