激光熔覆時發(fā)生了什么?

加工件在高能激光束的作用下被快速加熱，以高達 106 ～107 K/s 的加熱速率將基材表面迅速加熱到 105K 以上，通過氬氣等惰性氣體迅速冷卻。但由于激光熔覆層與基體的物理性能存在差異，在這種快速加熱和快速冷卻的條件下就會產(chǎn)生較大的應力。當應力值超過熔覆層的屈服極限時就會產(chǎn)生裂紋。在實際加工中裂紋作為激光熔覆增材制造技術的主要缺陷，嚴重制約了激光熔覆增材制造技術的應用。

裂紋產(chǎn)生的原因

激光熔覆增材制造過程中，高能激光束快速加熱使熔覆層與基材產(chǎn)生很大的溫度梯度。在隨后的冷卻中，熔覆層與基材的體積不一致，相互牽制，產(chǎn)生應力。

 

激光熔覆層**晶組織和熔覆層底部粗大的樹枝晶在生長過程中，由于枝晶偏析的存在，造成晶間弱化，裂紋往往也是沿著它們的晶界開裂擴展。

 

激光熔覆裂紋分類

 

熔覆層裂紋

產(chǎn)生方式：在熔融金屬凝固過程中產(chǎn)生

產(chǎn)生區(qū)域：在熔覆層表面或內(nèi)部形成并向基體方向擴展。

 

 

界面裂紋

產(chǎn)生方式：孔洞，夾雜物等缺陷引發(fā)的微裂紋。

產(chǎn)生區(qū)域：產(chǎn)生在熔覆層與基體的界面處，并向表層擴展。

 

 

掃描搭接區(qū)裂紋

產(chǎn)生方式：熔融金屬不能充分濕潤而形成的。

產(chǎn)生區(qū)域：在搭接結(jié)合部與基材交界處

 

 

激光熔覆增材制造中裂紋的抑制方法

 

一、熱處理控制

1.    對基材進行預熱，溫度控制在200-400℃，目的是降低基材和熔覆層之間的溫度差。

2.    激光熔覆增材制造完成后對產(chǎn)品進行緩冷處理或去應力退火。

 

二、原材料控制

1.基體材料。

      基材冶煉和出廠前要求成分和組織均勻，氣孔和夾雜等缺陷少。

2.粉末材料    

      選擇韌性較好的熔覆材料。外加合金元素盡量降低B、Si、C的含量。B、Si具有造渣能力，單在熔池中不能及時上浮，夾雜在熔覆層中，增加裂紋敏感性。C能提高材料的硬度和耐磨性，但是比例過高也會使得熔覆層脆性加大。

      添加WC，TiN等強化相時需控制好比例，過高的含量容易造成元素分布不均，元素局部富集，應力過大引起開裂。

      激光熔覆增材制造前先將粉末進行平鋪烘干處理：真空條件下200℃保溫2h。

 

三、激光熔覆增材制造工藝控制

1. 調(diào)整送粉量，熔覆單層厚度控制在1.0-1.5mm范圍內(nèi)。

2.激光束選擇線光斑，使單道熔覆層的寬度盡量寬。

3.微調(diào)激光功率，掃描速度，光斑直徑，控制粉末**融化效果。

4.在保護氣氛下進行激光熔覆增材制造。