南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094
在激光粉末床熔融过程中，热循环和热积累导致零件产生残余应力和变形，对零件的成形精度带来极大的影响。由于计算量过大，利用热弹塑性模型难以实现尺寸较大的结构残余应力和变形的模拟。为了实现快速准确的预测，基于改进的固有应变理论，从热弹塑性模型中提取固有应变矢量并逐层施加至典型特征结构中，系统性地研究了四种扫描策略下特征结构的残余应力和变形分布。研究发现，在不同扫描策略下，薄壁结构、悬臂梁和悬垂圆孔结构表现出相同的变形趋势，即扫描方向沿短边时变形最小。其原因一为扫描方向沿短边方向时扫描矢量长度较小，二为相同应力下短边变形小于长边变形，从而产生小的残余应力及变形。对悬垂结构增加支撑有利于减小翘曲变形，提高成形质量。在悬垂圆孔结构外侧，随打印高度逐渐增大的竖直方向的拉应力是影响其变形的主要原因。所得结果可对获得低应力、高精度增材制造结构以及提高增材制造成形质量提供有效技术支撑。
激光技术 激光粉末床熔融 固有应变 特征结构 扫描策略 变形预测 中国激光
2022, 49(14): 1402207
1 皖西学院 机械与车辆工程学院, 六安 237012
2 长春理工大学 机电工程学院, 长春 130022
为了分析激光功率对Co基梯度耐磨涂层组织和性能的影响, 采用激光熔覆在20CrMnMo钢表面依次熔覆St6, St12B, Co47+WC(质量分数为0.05)合金粉末制备厚度约为2.4mm的Co基梯度耐磨涂层, 进行了微观组织分析、显微硬度测试、摩擦磨损试验。结果表明, 不同激光功率下涂层表面均没有出现裂纹且各涂层中晶体形貌相似, 表层出现致密的等轴晶、过渡层出现粗大的柱状晶、底层出现平面晶和树枝晶; 600W时耐磨层中发现未熔WC颗粒, 800W耐磨层发现CoW2B2硬质相; 在600W～800W范围内, 激光功率越高, 涂层整体的显微硬度和耐磨性越好; 激光功率为800W时, 耐磨层显微硬度达到730HV0.1, 涂层耐磨性相对于基体提高了300%。此研究结果对激光熔覆制备Co基梯度耐磨涂层提供了参考依据。
激光技术 Co基梯度耐磨涂层 激光功率 显微组织 性能 laser technique Co-based gradient wear-resistant coating laser power microstructure property
1 皖西学院, 安徽 六安 237012
2 长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130022
采用激光熔覆技术制备了不同工艺和不同合金粉末的梯度耐磨涂层, 研究了梯度耐磨涂层的显微硬度及耐磨性。结果表明: 当激光功率为800 W时, Co47+5%ω(WC)梯度耐磨涂层的显微硬度最高, 达713 HV0.1以上, 其摩擦系数最小且具有最佳的耐磨性能, 耐磨性较基体提高了300%。相比较而言, Co47+5%ω(WC)梯度耐磨涂层具有较高的显微硬度, 其耐磨性与Ni60+5%ω(WC)梯度耐磨涂层相当, 但Ni60+5%ω(WC)梯度耐磨涂层的摩擦系数较大, 随着摩擦时间的延长, 其磨损量加剧并缩短其使用寿命; Co47+5%ω(B4C)梯度耐磨涂层的显微硬度变化较大, 同一涂层不同区域的显微硬度值在536～772 HV0.1之间浮动, 其摩擦系数最大, 耐磨性能也随之降低。
激光熔覆 梯度耐磨涂层 耐磨性能 显微硬度 laser cladding gradient wear-resisting coating wear resistance microhardness
激光熔覆是一项重要的材料改性新技术，有着良好的应用前景。随着机械强度的提高，低厚度的熔覆层已不能满足要求，激光熔覆向着制备高厚度涂层方向发展。现在主要通过激光单层和多层熔覆两种技术手段来获得高厚度熔覆层，其中多层熔覆技术分为恒定成分多层熔覆和梯度多层熔覆。综述了激光单层熔覆和多层熔覆的研究现状，并着重介绍了梯度多层熔覆的研究现状，最后展望了该技术的发展趋势。
激光技术 高厚度 梯度多层熔覆 研究现状 laser technique high thickness functionally gradient material multi-layer claddin research status
