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1、激光表面熔凝處理是一項(xiàng)全新的材料表面改性技術(shù),越來(lái)越受到了人們的廣泛關(guān)注。由于鑄造鋁硅合金具有鑄造性能好、熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn),它在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。共晶ZL108合金是目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的活塞材料。過(guò)共晶鋁硅合金因具有更為優(yōu)越的耐磨性和高硬度而受到重視,正在成為一種制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的新的理想材料。本文作者通過(guò)對(duì)共晶和Al-20﹪Si過(guò)共晶鋁硅鑄造合金進(jìn)行激光表面熔凝處理,研究了該表面改性技術(shù)對(duì)這兩種合金的表層組織及疲勞裂紋擴(kuò)
2、展行為的影響。主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作。 選取輸出功率、掃描速度和離焦量作為激光表面熔凝處理的工藝參數(shù),通過(guò)采用不同的工藝參數(shù)對(duì)共晶ZL108合金和Al-20﹪Si過(guò)共晶鋁硅合金進(jìn)行激光表面熔凝處理,探討了三個(gè)因素對(duì)兩種合金顯微組織的影響規(guī)律。結(jié)果表明,在輸出功率和離焦量一定的情況下,對(duì)于ZL108合金,當(dāng)掃描速度不斷增大時(shí),熔池的深度先是慢慢增加,而后減?。粚?duì)于Al-20﹪Si過(guò)共晶合金,隨掃描速度的增加,熔池的深度逐
3、漸變小。保持掃描速度和離焦量不變,熔池的深度隨激光功率的增大呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。在相同的輸出功率和掃描速度條件下,隨著離焦量的增加,熔凝層的深度逐漸減小。 通過(guò)對(duì)激光表面熔凝處理后合金熔凝層組織的觀察分析,發(fā)現(xiàn)熔凝層主要由三個(gè)具有不同組織特征的區(qū)域組成,由表及里分別為:表層熔凝區(qū)、過(guò)渡區(qū)、和基體區(qū)。無(wú)論哪種合金,在表層熔凝區(qū)內(nèi),粗大的塊狀初晶硅被消除,同時(shí)共晶硅和α(Al)也得到明顯細(xì)化;在過(guò)渡區(qū),枝晶的生長(zhǎng)方向基本上垂直于熔凝層
4、與基體的交界面,有十分明顯的方向性,而且α(Al)枝晶的一次臂很長(zhǎng),二次臂很短。對(duì)于Al-20﹪Si過(guò)共晶合金,部分熔化的初晶硅對(duì)α(Al)枝晶的生長(zhǎng)具有阻礙作用。在熔凝過(guò)程中,液態(tài)金屬中存在的過(guò)飽和氣體使得熔凝層的亞表面產(chǎn)生了少量氣孔。 對(duì)熔凝層的硬度進(jìn)行測(cè)量分析,結(jié)果表明,工藝參數(shù)對(duì)熔凝層的硬度有一定影響,隨掃描速度的增加,樣品的硬度逐漸變小。在掃描速度和離焦量不變時(shí),硬度值隨著功率的增加呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。在相同的輸出功率和掃
5、描速度條件下,隨著離焦量的增加,硬度值的提高也呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。熔凝層組織的細(xì)化和過(guò)飽和固溶度的增大等因素導(dǎo)致了硬度的提高。對(duì)比研究了激光表面熔凝處理前后兩種合金的疲勞裂紋擴(kuò)展行為,結(jié)果顯示,無(wú)論應(yīng)力比R為0.1還是0.5,在相同的名義應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍作用下,經(jīng)激光表面熔凝處理的合金樣品,其疲勞裂紋擴(kuò)展速率明顯低于未經(jīng)處理的樣品,而且隨著疲勞裂紋擴(kuò)展速率的加快,二者的差別減小,最終趨于一致。脆性硅相的細(xì)化、快速凝固時(shí)造成的應(yīng)力場(chǎng)和過(guò)飽和度
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