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镍基合金粉末光束堆焊层的微观组织及强化机理　

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材料研究学报 2002年第2期16卷 151-157页

作者：单际国张迪任家烈清华大学北京市100084

采用Ｘ射线衍射、ＳＥＭ、ＥＤＡＸ及显微硬度和洛氏硬度等分析手段研究了含碳量为１．０％的ＮｉＣｒＢＳｉ系自熔合金粉末光束堆焊层的微观组织及强化机理．结果表明．采用光束镍基合金粉末堆焊可在铁碳合金表面获得与基体冶金结... 详细信息

采用Ｘ射线衍射、ＳＥＭ、ＥＤＡＸ及显微硬度和洛氏硬度等分析手段研究了含碳量为１．０％的ＮｉＣｒＢＳｉ系自熔合金粉末光束堆焊层的微观组织及强化机理．结果表明．采用光束镍基合金粉末堆焊可在铁碳合金表面获得与基体冶金结合良好、无裂纹、轻度稀释的强化层.堆焊热输入对堆焊层稀释率及合金元素烧损的影响程度决定了堆焊层微观组织及物相组成,小热输入堆焊时．堆焊金属轻度稀释（ｎ＝３.５％），其显微组织由少量初生的γ－Ｎｉ和大量的γ－Ｎｉ＋Ｎｉ３Ｂ＋Ｎｉ３Ｓｉ三相共晶组成的亚共晶基底．以及在基底上分布着大量的Ｃｒ２３Ｃ６、（Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３高硬度相组成：采用大热输入堆焊，堆焊金属稀释率达１２％，堆焊层由大量的γ－（Ｆｅ，Ｎｉ）枝晶和少量γ－（Ｆｅ，Ｎｉ）＋Ｍ７Ｃ３共晶组成．在堆焊层中未发现一次碳化物的析出．在光束扮末堆焊层中大量高硬度Ｍ２３Ｃ６、Ｍ７Ｃ３型碳化物和Ｎｉ３Ｂ、Ｎｉ３Ｓｉ共晶相的析出以及合金元素在γ相中的过饱和固溶是其得以强化的主要原因，与ＴＩＧ堆焊相比．采用相近热输入所获得的光束粉末堆焊层的耐磨性提高了３倍以上。

关键词：镍基合金粉末光束堆焊层粉末堆焊微观组织强化机理堆焊材料

不锈钢薄板高速激光焊驼峰焊道形成倾向及其影响因素

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金属学报 2012年第12期48卷 1431-1436页

作者：裴莹蕾单际国任家烈清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

研究了SUS304不锈钢薄板光纤激光焊接时激光功率、焊接速度、保护气对焊道驼峰倾向的影响规律,利用Ti示踪元素和CCD图像,考察了熔池的流动状态.结果表明,焊道驼峰倾向对激光功率不敏感;当焊接速度超过18 m/min时,焊缝出现驼峰现象,且驼... 详细信息

研究了SUS304不锈钢薄板光纤激光焊接时激光功率、焊接速度、保护气对焊道驼峰倾向的影响规律,利用Ti示踪元素和CCD图像,考察了熔池的流动状态.结果表明,焊道驼峰倾向对激光功率不敏感;当焊接速度超过18 m/min时,焊缝出现驼峰现象,且驼峰倾向随着焊接速度的提高而增大;当焊接速度和功率一定时,不同保护气流方向的焊缝驼峰倾向有明显差异,与焊接方向同向吹送保护气有助于降低驼峰倾向.分析认为,焊接速度的提高使熔池流动更加剧烈,进而增加了驼峰倾向;与焊接方向反向吹送保护气体,焊缝几何形状呈"柱状",与焊接方向同向吹送保护气体,焊缝的几何形状呈"杯状","杯状"焊缝增加了U形区域的截面积,降低了熔池流动的剧烈程度,进而降低了驼峰倾向.通过调整保护气流方向改变焊缝的几何形状以增加U形区域的截面积,是降低驼峰倾向的可行途径.

关键词：高速激光焊,驼峰倾向,熔池流动,焊接工艺,奥氏体不锈钢

镀Cr层对低碳钢/CFRP激光连接接头剪切强度及界面结合特征的影响

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金属学报 2013年第6期49卷 751-756页

作者：谭向虎单际国任家烈清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

在低碳钢表面电镀一定厚度的Cr层,再利用光纤激光连接低碳钢与碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),研究镀Cr层对低碳钢/CFRP搭接接头剪切强度及界面结合特征的影响.结果表明,低碳钢表面镀Cr层大大提高了接头的剪切力和剪切强度,剪切力由223... 详细信息

在低碳钢表面电镀一定厚度的Cr层,再利用光纤激光连接低碳钢与碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),研究镀Cr层对低碳钢/CFRP搭接接头剪切强度及界面结合特征的影响.结果表明,低碳钢表面镀Cr层大大提高了接头的剪切力和剪切强度,剪切力由2237.37 N增加到6127.81 N,剪切强度由9.32 MPa增加到22.14 MPa;未镀Cr的低碳钢/CFRP接头的剪切破坏主要发生在搭接接头的连接界面上,镀Cr后改善了界面结合质量,剪切破坏发生在靠近搭接接头连接界面的CFRP上,断裂位置与CFRP中的气孔区相吻合.激光连接过程中,镀Cr层与CFRP在连接界面处发生反应,形成了Cr—O—PA6T化学键合,是接头界面强度得以提高的重要原因.

关键词：低碳钢/CFRP异质结构镀Cr层激光连接界面反应剪切强度

TiNi形状记忆合金激光焊接焊缝金属相变温度的控制

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金属学报 2013年第2期49卷 199-206页

作者：杨成功单际国任家烈清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

采用镀Ni后焊接以改变焊缝金属的Ni含量,再经时效处理的"复合法"工艺对焊缝金属的相变温度进行控制.研究了镀层厚度和时效时间对焊缝金属相变温度的影响规律,利用DSC,EDS,SEM,OM和XRD分析了焊缝金属的相变温度、化学成分和组织形貌,并... 详细信息

采用镀Ni后焊接以改变焊缝金属的Ni含量,再经时效处理的"复合法"工艺对焊缝金属的相变温度进行控制.研究了镀层厚度和时效时间对焊缝金属相变温度的影响规律,利用DSC,EDS,SEM,OM和XRD分析了焊缝金属的相变温度、化学成分和组织形貌,并从析出相、晶粒择优取向及晶格畸变对马氏体弹性能和相变阻力的影响几方面分析了"复合法"控制相变温度的机理.结果表明,增加焊缝金属Ni含量仅能增加马氏体的弹性能,导致相变温度降低;而时效处理在增加相变阻力的同时也降低了马氏体的弹性能,导致相变温度提高;控制"复合法"工艺参数则可以将焊缝金属中马氏体的弹性能和相变阻力控制在合理的范围内,使焊缝金属的相变温度A_s和A_f与母材相当.

关键词： TiNi合金激光焊接焊缝金属相变温度镀Ni+时效处理

TiNi合金激光焊接接头形状恢复温度的研究

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金属学报 2012年第5期48卷 513-518页

作者：杨成功单际国任家烈清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

利用热模拟试样模拟TiNi合金激光焊接接头焊缝热影响区,对焊接接头、焊缝金属、模拟热影响区和母材的相变温度进行差热分析,研究了焊接接头与其它三者逆相变温度的关系,并利用OM,SEM和XRD对母材、热影响区和焊缝金属的组织、析出相的分... 详细信息

利用热模拟试样模拟TiNi合金激光焊接接头焊缝热影响区,对焊接接头、焊缝金属、模拟热影响区和母材的相变温度进行差热分析,研究了焊接接头与其它三者逆相变温度的关系,并利用OM,SEM和XRD对母材、热影响区和焊缝金属的组织、析出相的分布以及晶体结构进行了研究.结果表明,TiNi合金激光焊接接头的形状恢复率与母材无明显差别,但形状恢复温度区间与母材差异较大,其形状恢复开始温度比母材低40℃;焊缝金属和热影响区逆相变开始温度(As)和结束温度(Af)均不同于母材,主要原因是焊缝金属经历了熔化-凝固过程,失去了母材中原有的晶体择优取向,且析出相尺寸小、分布不均;而热影响区As和Af降低,可能是细小析出相重新固溶于基体所致.整个接头的逆相变温度区间与焊缝金属近似,调控焊缝金属的相变温度是控制TiNi合金激光焊接接头形状记忆功能的关键.

关键词： TiNi合金形状恢复温度焊接接头焊缝热影响区激光焊接

基于熔池流动分析的高速激光焊驼峰焊道形成过程研究

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金属学报 2013年第6期49卷 725-730页

作者：裴莹蕾吴爱萍单际国任家烈清华大学机械工程系北京100084 清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

利用高速摄像机观察了高速激光焊熔池的流动行为,分析了驼峰焊道的形成过程及焊接速度对驼峰倾向的影响,并探究了驼峰焊道的抑制措施.研究发现,驼峰的形成经历了形核、长大、凝固3个阶段.形核阶段,环小孔流淌的侧向金属流在小孔后方的... 详细信息

利用高速摄像机观察了高速激光焊熔池的流动行为,分析了驼峰焊道的形成过程及焊接速度对驼峰倾向的影响,并探究了驼峰焊道的抑制措施.研究发现,驼峰的形成经历了形核、长大、凝固3个阶段.形核阶段,环小孔流淌的侧向金属流在小孔后方的汇聚造成了液态金属的起伏,成为驼峰形成核心:长大阶段,液态金属起伏的波谷率先冷却凝固并阻止波峰处液态金属继续向熔池尾部流动,波峰则被从其前方向熔池尾部流动的液态金属填充长大:凝固阶段,长大了的波峰自下而上凝固,固-液界面凸起,接触角减小,波峰处液态金属难以铺展.焊接速度增大,小孔周围的2个侧向金属流在小孔后方的汇聚点与激光热源距离增大,小孔后方液态金属温度降低,表面张力增大,液态金属起伏难以铺展.驼峰易于形核,驼峰倾向增大.小光斑直径激光能够缩短激光热源与汇聚点的距离,双光束激光的副光束的后热作用使得小孔后方液态金属的冷却速率降低,这2种措施均减小了小孔后方液态金属的表面张力,增加了液态金属的铺展能力,从而抑制了驼峰的形核.

关键词：高速激光焊驼峰焊道熔池流动驼峰形核光斑直径双光束

Ni-Al系金属间化合物光束堆焊层的成形及析出相特征

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金属学报 2004年第5期40卷 483-488页

作者：张迪单际国陈武柱任家烈清华大学机械工程系北京100084

采用X射线衍射、SEM、EDXS及显微硬度等方法,研究了光束堆焊Ni,Al混合粉末制备的金属间化合物涂层的成形和微观组织特征。结果表明,堆焊层的成形与堆焊材料的比热容量和熔点有关。采用Al含量(原子分数)高于50％或不超过25％的堆焊材料,... 详细信息

采用X射线衍射、SEM、EDXS及显微硬度等方法,研究了光束堆焊Ni,Al混合粉末制备的金属间化合物涂层的成形和微观组织特征。结果表明,堆焊层的成形与堆焊材料的比热容量和熔点有关。采用Al含量(原子分数)高于50％或不超过25％的堆焊材料,均可获得成形良好的光束堆焊层,但Al含量过高将使堆焊金属的致密度降低。当堆焊材料中Al含量为50％—75％时,堆焊层全部由金属间化合物(Al_(1.1)Ni_(0.9),Al_3Ni_2和Al_3Ni)组成;当采用富Ni堆焊材料(不超过25％Al)时,堆焊层中将析出较多的γ—Ni固溶体,得到由γ—Ni和Ni_3Al金属间化合物组成的显微组织;而采用富Al堆焊材料(80％Al)将导致堆焊层中析出大量α—Al,其显微组织为在α—Al+(α—Al+Al_3Ni)亚共晶基底上分布有Al_3Ni_2金属间化合物相。

关键词：光束堆焊 Ni3Al Al1.1Ni0.9 Al3Ni2 Al3Ni

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辅助热源防止焊缝凝固裂纹的研究

焊接学报 1993年第1期14卷 7-11页

作者：吴爱萍任家烈鹿安理北京清华大学

大量研究结果表明,对于完全奥氏体钢焊缝仅通过调整焊缝的化学成分是难以解决其凝固裂纹问题的,只有减小焊缝在凝固时所受的拉伸应变才是防止凝固裂纹出现的途径。本研究通过辅助热源加热脆性温度区间附近的母材金属使之膨胀以减小焊缝... 详细信息

大量研究结果表明,对于完全奥氏体钢焊缝仅通过调整焊缝的化学成分是难以解决其凝固裂纹问题的,只有减小焊缝在凝固时所受的拉伸应变才是防止凝固裂纹出现的途径。本研究通过辅助热源加热脆性温度区间附近的母材金属使之膨胀以减小焊缝所受的拉伸应变。研究结果表明辅助热源的功事大小和施加位置合适时可以有效地防止凝固裂纹的产生。

关键词：辅助热源焊缝凝固裂纹

光束合金化合成Fe-Al系金属间化合物涂层的微观特征

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清华大学学报（自然科学版） 2004年第5期44卷 585-588页

作者：单际国任家烈钟军斌清华大学机械工程系北京100084

为了改善钢铁材料的耐高温腐蚀性能,用光束合金化方法在45钢表面合成了Fe-Al金属间化合物涂层。采用扫描电子显微镜、能量弥散X射线分析和X射线衍射研究了光束合金化工艺参数(粉末预置量m和热输入量q)对合金化层的化学成分、显微组织及... 详细信息

为了改善钢铁材料的耐高温腐蚀性能,用光束合金化方法在45钢表面合成了Fe-Al金属间化合物涂层。采用扫描电子显微镜、能量弥散X射线分析和X射线衍射研究了光束合金化工艺参数(粉末预置量m和热输入量q)对合金化层的化学成分、显微组织及其物相组成的影响。实验结果表明:减小比能量(E=q/m)将导致合金化层的熔宽和熔深减小,从而使合金化层含Fe量减少,含Al量增加;该实验条件下,获得了Fe/Al原子数比为2.4～19.2的合金化层。由比能量决定的Fe/Al原子数比是合金化层显微组织及其物相组成的重要影响因素,合金化层的显微组织有3种类型:α-Fe固溶体、α-Fe固溶体+Fe3Al金属间化合物及FeAl+AlFe3C0.5金属间化合物。降低热输入或增加粉末预置量均可引起合金化层中Fe/Al原子数比的降低,有助于Fe-Al系(Fe3Al或FeAl)金属间化合物的合成。

关键词：表面合金化 Fe-Al金属间化合物光束合金化涂层微观组织物相钢铁材料