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1、激光熔覆技術(shù)是再制造、表面涂層及3D打印的基礎(chǔ)工藝,其應(yīng)用前景廣泛,也是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。激光熔覆技術(shù)目前存在的主要問(wèn)題是熔覆層表面及內(nèi)部組織不均勻、殘余拉應(yīng)力等缺陷,這些缺陷在外力作用下容易引起熔覆層的變形及開(kāi)裂。針對(duì)上述問(wèn)題,本文創(chuàng)新性的開(kāi)展了激光沖擊波調(diào)控熔覆層組織及應(yīng)力的基礎(chǔ)研究。
首先,進(jìn)行了激光沖擊波調(diào)控熔覆層組織及殘余應(yīng)力機(jī)理研究。基于微觀位錯(cuò)理論建立了激光沖擊波誘導(dǎo)熔覆層微觀組織形變理論;研究表明,熔覆
2、層在受激光沖擊作用后,其組織發(fā)生位錯(cuò)、滑移,導(dǎo)致微觀組織形變。結(jié)合微觀組織形變理論分析了激光沖擊波細(xì)化熔覆層晶粒的微觀機(jī)制;分析表明,激光沖擊波細(xì)化熔覆層主要是通過(guò)沖擊波壓力作用于熔覆層表面,熔覆層內(nèi)部晶粒位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)累積及相互纏結(jié),最后晶粒重新排列,形成細(xì)化后晶粒?;诩す鉀_擊誘導(dǎo)熔覆層微觀組織形變理論,研究了激光沖擊調(diào)控熔覆層殘余應(yīng)力機(jī)理;研究表明,殘余應(yīng)力是微觀位錯(cuò)在力學(xué)上的表現(xiàn),激光沖擊后,熔覆層表面塑性變形,位錯(cuò)從不穩(wěn)定
3、的高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài),熔覆層表面相對(duì)穩(wěn)定,殘余拉應(yīng)力消除?;诩す鉀_擊波細(xì)化熔覆層晶粒的微觀機(jī)制及激光沖擊調(diào)控熔覆層殘余應(yīng)力機(jī)理,建立了激光熔覆層激光沖擊調(diào)控模型;
其次,以Ni60粉末激光熔覆層為例進(jìn)行了熔覆層表面加載激光沖擊波試驗(yàn)研究。對(duì)比分析了激光沖擊前后熔覆層內(nèi)部組織變化行為。研究表明,激光沖擊后,沿激光沖擊方向熔覆層可劃分為強(qiáng)塑性變形區(qū)、次塑性變形區(qū)及微塑性變形區(qū)。在微塑性變形區(qū),熔覆層中等軸晶及樹(shù)枝晶晶臂被壓縮,晶
4、粒細(xì)化為許多小晶塊,尺寸從3.1μm到21μm不等。在次塑性變形區(qū),樹(shù)枝晶寬度被壓縮,晶臂被打斷,激光沖擊調(diào)控后枝晶寬度尺寸為5.3μm到7.8μm不等。在微塑性變形區(qū),經(jīng)激光沖擊波加載后,等軸晶分布趨于均勻,等軸晶組織形態(tài)豐滿。塊狀晶被部分壓縮,平均尺寸下降為原來(lái)的一倍。熔覆層底部較大柱狀晶在激光沖作用下發(fā)生碎化,形成細(xì)小晶塊。
最后,以Ni60粉末激光熔覆層為例進(jìn)行了熔覆層表面加載激光沖擊波前后應(yīng)力變化測(cè)試及疲勞試驗(yàn)。采用
5、X射線衍射應(yīng)力儀測(cè)試了激光沖擊波加載前后熔覆層殘余應(yīng)力場(chǎng)的變化。研究表明,激光沖擊前,熔覆層表面應(yīng)力狀態(tài)表現(xiàn)為殘余拉應(yīng)力,且裂紋前后出現(xiàn)應(yīng)力突變行為,突變值約為250MPa。熔覆層在激光沖擊前沿激光掃描方向殘余應(yīng)力值逐漸增加,最大值處約為276Mpa。在疲勞試驗(yàn)中,對(duì)未經(jīng)處理的熔覆層及加載激光沖擊波后的熔覆層表面進(jìn)行恒定載荷加載,結(jié)果表明激光沖擊波調(diào)控后的熔覆層所承受載荷高于未經(jīng)處理的熔覆層?;谝訬i60熔覆層激光沖擊波調(diào)控組織及應(yīng)力
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