灰铸铁激光熔覆石墨成形机理及形态参数工艺相关性研究

作     者：战祥华 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：刘衍聪

授予年度：2016年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：激光熔覆 温度场 应力场 石墨形态 工艺参数 

摘      要：激光熔覆技术对于零部件表面改性及修复具有独特的优势,近年来其在材料表面处理领域中受到广泛关注。然而铸铁熔覆研究主要集中在熔覆层物理性能、微观组织形貌以及熔覆材料、装备等方面,针对石墨相行为机理及石墨形态工艺影响方面的研究较少,进行铸铁石墨相深入分析,对铸铁熔覆技术的发展具有重要意义。本课题以熔区的石墨相作为研究对象,基于实验和有限元方法,深入研究激光熔覆的热作用机理及石墨相热响应驱动特征,以明确石墨相的行为规律,最后提取石墨形态的可控参数对石墨形态参数的工艺影响进行研究。主要的研究内容如下所示。在明确激光熔覆热作用机理的基础上建立了灰铸铁双道搭接熔覆模型,对搭接熔覆在不同区域的温度场及熔池形貌进行了分析,从而为石墨行为变化的驱动条件研究提供理论基础。在熔覆模型基础上建立了石墨相模型,探究不同形态的石墨在不同区域温度载荷下的热应力响应特征,并对比不同熔覆区的热力值从而预测石墨相的缺陷诱导性。设计灰铸铁双道搭接熔覆Fe314合金粉末的实验,对不同功率下熔覆层的成形性进行分析,确定合适的熔覆功率参数。在显微镜下对熔覆试样的截面微观形貌进行观察,分析熔覆层、结合区、热影响区中石墨相的存在情况,从而确定石墨相分析的目标区间。在热作用分析基础上,对石墨相行为转变的热力学条件和动力学条件进行分析,并借助电子探针等设备对熔覆层各个区域的元素分布进行分析,以探究石墨中碳的扩散行为,基于以上分析探究了石墨相的微观组成成分以及组织转变特征,从而明确石墨相在激光熔覆过程中的行为变化规律。基于激光熔覆热响应特征分析及石墨相行为规律分析,提取石墨的主要可控形态参数,构建石墨形态的表征方式。以激光参数和元素成分为设计变量进行激光熔覆实验,对激光熔覆过程中工艺参数与石墨相形态参数的影响关系进行分析,力图通过实验探讨激光参数、粉末成分等工艺参数对石墨形态参数的影响。