鈦合金表面激光熔覆純金屬的機理研究.pdf

1、　　為了更好的了解激光作用條件下各元素之間的擴散及作用機理,本文以純金屬粉末(Fe 粉、Cu 粉、Cr 粉)作為熔覆材料,結(jié)合相圖及凝固過程元素擴散模擬,分析體系可能產(chǎn)生的相及各相產(chǎn)生的機理。對今后熔覆材料元素的配比提供理論指導(dǎo)。采用純金屬粉末主要是為了避免過多元素的交互作用,造成分析過程的復(fù)雜性及影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　利用熱力學(xué)相圖計算軟件 Thermo-Calc 對熔覆材料及基體材料中元素進(jìn)行了平衡相圖的計算,得到Fe-T

2、i-Al-V、Cu-Ti-Al-V、Cr-Ti-Al-V體系平衡相圖。結(jié)合相圖分析結(jié)果,運用 DICTRA 軟件對體系凝固過程元素擴散進(jìn)行模擬分析。利用激光器(HL-5000 型橫流 CO2)作為熱源,在 Ti6Al4V 表面采用預(yù)置粉末的方式激光熔覆純金屬粉末 Fe 粉、Cu 粉、Cr 粉,制備熔覆層。并對熔覆層的微觀組織、物相構(gòu)成、增強相的生長機制、熔覆層的顯微硬度及摩擦磨損性進(jìn)行研究。
　　當(dāng)熔覆材料為純 Fe 粉時,熔覆

3、層產(chǎn)生的 Fe-Ti 金屬化合物為 FeTi、Fe0.988Ti、Fe2Ti。FeTi析出有三種途徑：Fe在體系中含量小于38wt.%時,通過共析轉(zhuǎn)變：β-Ti→FeTi+α-Ti 析出；Fe 擴散量達(dá)到 38wt.%~47wt.%時,液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：Liquid→FeTi+β-Ti,析出 FeTi；當(dāng) Fe 過量時,液相勻晶轉(zhuǎn)變析出 Fe2Ti,剩余液相與 Fe2Ti 發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變：Liquid+Fe2Ti→β-Ti+FeTi 析出

4、。Fe0.988Ti 是在析出 FeTi 過程中,形成的中間相。當(dāng)體系中Fe元素含量達(dá)到42.7wt.%時,會有Fe2Ti產(chǎn)生。
　　當(dāng)熔覆材料為純 Cu 粉時,熔覆層由 CuTi2、CuTi3、Ti(Cu、Al)2、Al2Cu3相組成。CuTi2的生成主要有兩種方式,當(dāng)體系中Cu的含量小于20wt.%時,液相勻晶轉(zhuǎn)變析出的β-Ti 通過共析轉(zhuǎn)變：β-Ti→α-Ti+CuTi2,析出CuTi2；當(dāng)體系中 Cu的含量大于 40wt

5、.%時,液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：Liquid→BCC+CuTi2,析出 CuTi2。CuTi3通過共析轉(zhuǎn)變：β-Ti→α-Ti+CuTi3析出。
　　當(dāng)熔覆材料為純 Cr 粉時,熔覆層由 α(Ti)、Cr2Ti 及 Cr1.97Ti1.07組成,熔覆層主要由片狀、樹枝狀及細(xì)小針狀組織組成。樹枝晶主要 Ti 元素的富集,其生長方式主要是以樹枝狀方式長大；Cr2Ti生成的方式有兩種,當(dāng)體系中Cr的含量小于15wt.%時,發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：β-

6、Ti→α-Ti+α-Cr2Ti,析出Cr2Ti。當(dāng)Cr的含量大于15wt.%時,發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：Liquid→β-Ti+LAVES,析出Cr2Ti。當(dāng)體系中Cr的含量大于60wt.%時,只會析出Cr2Ti,無Ti-Al金屬間化合物析出。
　　熔覆層的顯微硬度與耐磨性能都有了很大的提高,其強化機理主要為：一是熔覆層經(jīng)歷快速冷凝的過程發(fā)生淬火,使顯微組織細(xì)小,提高熔覆層顯微硬度；二是熔覆層產(chǎn)生的金屬間化合物起到了作用,并且生成的化合物