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UHSLC制备M2涂层微观组织与界面应力

焊接学报 2024年第10期45卷 88-96页

作者：张楠徐一斐杜博睿王淼辉北京机科国创轻量化科学研究院有限公司北京100083 中机新材料研究院(郑州)有限公司郑州450001

利用超高速激光熔覆(ultra-high speed laser cladding,UHSLC)技术在42CrMo钢基体表面制备了M2高速钢涂层.采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)对M2涂层的微观组织结构进行了研究.结合原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)对纳米玻氏压痕的投影接触面积进行了测量和修正计算,并获得了M2涂层沿截面厚度方向的残余应力分布.结果表明,UHSLC制备的M2涂层稀释率较低,与42CrMo钢基体形成了宽度约为1^(2)μm的熔覆界面,界面冶金结合良好.靠近熔覆界面的M2组织形貌以等轴状为主,中间区呈现大量片状马氏体组织,浅表区由晶内纳米级针状马氏体+晶界“篮网”状晶界碳化物组成.“篮网”状碳化物主要为非稳态V_(4)C_(3)和非稳态Cr_(3)(W_(10)C_(3))_(2),且相互符合[5 15 3]_(V_(4)C_(3))‖[110]_(Cr_(3)(W_(10C_(3)))_(2))和(015)_(V_(4)C_(3))‖[1 15]_(Cr_(3)(W_(10C_(3)))_(2))的平行位相关系.修正计算了pile-up引入的压头接触投影面积,所获得的M2熔覆界面残余应力信息与G&S(Giannakopoulos&Suresh)能量法吻合度较高.当M2熔覆界面位置的残余拉应力达到约300 MPa的峰值后,在42CrMo钢热影响区内呈现应力陡降并随后进入压应力状态.

关键词：超高速激光熔覆显微组织残余应力纳米压痕

超高速激光原位熔覆Ti(C,B)/Ni60A复合涂层的界面特征与表面磨损机理

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金属学报 2024年第12期60卷 1721-1730页

作者：徐一斐张楠许培鑫杜博睿史华王淼辉北京机科国创轻量化科学研究院有限公司北京100083 中机新材料研究院(郑州)有限公司郑州450001

为缓解H13钢表面超高速激光熔覆(EHLA)再制造Ni60A涂层的界面应力梯度,改善涂层的可熔覆性,提升涂层表面的耐磨性,本工作将超高速激光熔覆技术与直接反应合成(DRS)技术相耦合,在H13钢表面成功原位制备出组织均匀、无缺陷的Ti(C,B)/Ni60... 详细信息

为缓解H13钢表面超高速激光熔覆(EHLA)再制造Ni60A涂层的界面应力梯度,改善涂层的可熔覆性,提升涂层表面的耐磨性,本工作将超高速激光熔覆技术与直接反应合成(DRS)技术相耦合,在H13钢表面成功原位制备出组织均匀、无缺陷的Ti(C,B)/Ni60A复合涂层,并与EHLA制备的Ni60A涂层进行了对比分析。基于纳米压痕的Giannakopoulos&Suresh(G&S)能量法获得了熔覆界面的残余应力分布;利用SEM、EDS、EBSD研究了涂层显微组织、相组成和熔覆界面特征;利用聚焦离子束(FIB)获取了带有涂层表面磨损信息的样品,并采用双球差透射电镜(DSA-TEM)分析了涂层浅表区磨损特征,通过对比显微硬度变化,揭示了Ti(C,B)/Ni60A复合涂层浅表区的磨损机理。结果表明:由于Ti和B4C发生原位反应放出约670 kJ的Joule热影响,Ti(C,B)/Ni60A复合涂层熔覆界面宽度达到22μm,是EHLA制备Ni60A涂层熔覆界面(2μm)的11倍,有效降低了Ti(C,B)/Ni60A复合涂层界面区的应力梯度,缓解了界面两侧的应力失配。然而,获得的Ti(C,B)/Ni60A复合涂层表面硬度仅为360~400 HV0.2,不足Ni60A涂层表面硬度的1/2,而其磨损失重却处于同一量级,这一方面归因于原位自生的大量TiCB相及少量Ti3B4相等支撑Ti(C,B)/Ni60A复合涂层基体,实现减摩耐磨作用;另一方面归因于磨损浅表区180 nm范围内涂层材料在滑擦塑性流变-热-力三场耦合作用下形成了等轴化超细晶粒组织,从而动态强化了磨损表面。

关键词：超高速激光熔覆复合涂层残余应力磨损原位反应

EHLA原位熔覆Ti(C,B)/Ni60A复合涂层的界面特征与表面磨损机理

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金属学报 2024年

作者：徐一斐张楠许培鑫杜博睿史华王淼辉北京机科国创轻量化科学研究院有限公司中机新材料研究院(郑州)有限公司

为缓解H13钢表面超高速激光熔覆再制造Ni60A涂层的界面应力梯度，改善涂层的可熔覆性，提升涂层表面的耐磨性，本工作将超高速激光熔覆(EHLA)技术与直接反应合成(DRS)技术相耦合，在H13钢表面成功原位制备出组织均匀、无缺陷的Ti(C,B)/N... 详细信息

为缓解H13钢表面超高速激光熔覆再制造Ni60A涂层的界面应力梯度，改善涂层的可熔覆性，提升涂层表面的耐磨性，本工作将超高速激光熔覆(EHLA)技术与直接反应合成(DRS)技术相耦合，在H13钢表面成功原位制备出组织均匀、无缺陷的Ti(C,B)/Ni60A复合涂层，并与EHLA制备的Ni60A涂层进行了对比分析。基于纳米压痕的G&S (Giannakopoulos&Suresh)能量法获得了熔覆界面的残余应力分布；利用SEM、EDS、EBSD研究了涂层显微组织、相组成和熔覆界面特征；利用聚焦离子束(FIB)获取了带有涂层表面磨损信息的样品，并采用DSA-TEM分析了涂层浅表磨损特征，通过对比显微硬度变化，揭示了Ti(C,B)/Ni60A复合涂层浅表的磨损机理。结果表明：Ti(C,B)/Ni60A复合涂层界面受到Ti和B4C原位反应放出约670 k J的Joule热影响，熔覆界面宽度达到22μm，是EHLA制备Ni60A涂层熔覆界面2μm的11倍，这有效降低了Ti(C,B)/Ni60A复合涂层界面区的应力梯度，缓解了界面两侧的应力失配。然而，获得的Ti(C,B)/Ni60A复合涂层表面硬度仅约360～400 HV0.2，不足Ni60A涂层表面硬度的1/2，而磨损失重却处于同一量级，这一方面归功于原位自生的大量TiCB相及少量Ti3B4等相支撑Ti(C,B)/Ni60A复合涂层基体，实现减摩耐磨作用；另一方面归功于磨损浅表区180 nm范围内涂层材料在滑擦塑性流变-热-力三场耦合作用下形成了等轴化超细晶粒组织，从而动态强化了磨损表面。

关键词：超高速激光熔覆复合涂层残余应力磨损原位反应

激光快速成形GH4169合金显微组织与力学性能

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材料工程 2017年第1期45卷 27-32页

作者：杜博睿张学军郭绍庆李能孙兵兵唐思熠北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心北京100095

利用GH4169合金粉末进行激光快速成形实验,制备出GH4169合金块状试样,并进行固溶时效热处理。利用扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等方法分别对激光成形沉积态及固溶时效态试样进行显微组织及元素偏析分析,并测试显微硬度、室温及高温拉... 详细信息

利用GH4169合金粉末进行激光快速成形实验,制备出GH4169合金块状试样,并进行固溶时效热处理。利用扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等方法分别对激光成形沉积态及固溶时效态试样进行显微组织及元素偏析分析,并测试显微硬度、室温及高温拉伸性能。结果表明:沉积态微观组织为生长方向不一的细长柱状树枝晶,组织细小致密;经过固溶时效热处理后晶粒得到细化,晶粒内部仍保留枝晶亚结构;固溶时效态试样较沉积态显微硬度及抗拉强度大幅提高,塑性有所下降,但整体优于锻件技术标准。断口形貌表现为韧性穿晶断裂方式。

关键词：激光快速成形 GH4169 显微组织力学性能

高速激光熔覆FeCoCrNiMo高熵合金涂层微观组织演变及耐腐蚀性能研究

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中国激光 2024年

作者：肖浩黄剑汪鹏许培鑫徐一斐张东月杜博睿中交第二航务工程局有限公司中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室中机新材料研究院(郑州)有限公司

本文采用高速激光熔覆（Extremely high-speed laser cladding,EHLC）技术制备了FeCoCrNiMo高熵合金涂层，系统的分析了涂层微观组织与相结构、成形工艺及耐腐蚀性能。结果表明：高速激光熔覆制备的FeCoCrNiMo高熵合金涂层主要由富集Fe... 详细信息

本文采用高速激光熔覆（Extremely high-speed laser cladding,EHLC）技术制备了FeCoCrNiMo高熵合金涂层，系统的分析了涂层微观组织与相结构、成形工艺及耐腐蚀性能。结果表明：高速激光熔覆制备的FeCoCrNiMo高熵合金涂层主要由富集Fe、Co与Ni的面心立方（Face-centered cubic, FCC）基体相及其周围富集Mo与Cr的体心立方（Body-centered cubic, BCC）沉淀相组成。涂层底部至中间区域主要由FCC相的柱状晶与枝晶间交替的亚微米级BCC/FCC片层状共晶组织构成，顶部区域却主要由FCC/BCC交替的片层状共晶组织构成的等轴晶组成。此外，45钢基材热影响区的马氏体相变，增加了涂层的拉应力，导致高熵合金涂层形成了网状或条状穿晶裂纹。利用316L不锈钢打底结合降低线速度的工艺方法，有效的解决了涂层开裂的问题，同时保持了涂层较高硬度水平。与传统304不锈钢涂层相比，高熵合金涂层自腐蚀电位高0.13V，但腐蚀电流密度却仅仅只是其1/6，涂层膜电阻是其235倍，表现了更加优异的耐腐蚀性能。另外，高熵合金涂层顶部分布的均匀且细小的FCC/BCC片层状共晶组织是其耐腐蚀的关键原因。

关键词：高速激光熔覆高熵合金腐蚀行为 FeCoCrNiMo 微观组织

超高强度不锈钢厚板多道TIG焊温度场和应力场数值模拟

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焊接 2014年第12期 37-41,66页

作者：杜博睿郭绍庆李能孙兵兵唐思熠北京航空材料研究院 100095

文中基于SYSWELD软件平台,对厚度15 mm的Ferriun S53超高强度不锈钢厚板进行了TIG多道焊接模拟仿真。建立了Ferriun S53钢的材料属性数据库,采用SYSWELD软件,以双椭球热源模型为热量分布形式,计算了自由装卡条件下焊接温度场、相分布、... 详细信息

文中基于SYSWELD软件平台,对厚度15 mm的Ferriun S53超高强度不锈钢厚板进行了TIG多道焊接模拟仿真。建立了Ferriun S53钢的材料属性数据库,采用SYSWELD软件,以双椭球热源模型为热量分布形式,计算了自由装卡条件下焊接温度场、相分布、应力场及焊接引起的变形。结果表明,所得到的温度场变化规律符合实际性,焊缝区发生部分马氏体转变,残余应力主要存在于焊缝及附近熔合区,变形趋势与实际情况符合一致。

关键词：超高强度不锈钢多道焊 SYSWELD 数值模拟

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液压支架立柱激光熔覆不锈钢的组织与性能

热加工工艺 2021年第16期50卷 71-74页

作者：杜博睿王淼辉申博文北京机科国创轻量化科学研究院有限公司北京100083

为解决液压支架立柱在服役过程中的腐蚀和磨损问题,使用Fe55粉末在27SiMn钢表面制备激光熔覆层;通过光学显微镜、SEM、XRD等方式研究熔覆层的显微组织及物相组成;通过显微硬度测试、摩擦磨损实验、电化学腐蚀实验、盐雾腐蚀实验验证激... 详细信息

为解决液压支架立柱在服役过程中的腐蚀和磨损问题,使用Fe55粉末在27SiMn钢表面制备激光熔覆层;通过光学显微镜、SEM、XRD等方式研究熔覆层的显微组织及物相组成;通过显微硬度测试、摩擦磨损实验、电化学腐蚀实验、盐雾腐蚀实验验证激光熔覆层的耐磨性和耐腐蚀性。结果表明:熔覆层由88.5%的马氏体和11.5%的残余奥氏体组成;熔覆层最大硬度达710 HV,相同环境下磨损量为基体的1/16;经1008 h盐雾腐蚀实验后无锈蚀,耐腐蚀性能达到国家标准9级水平,满足液压支架立柱的使用要求。

关键词：马氏体不锈钢激光熔覆显微组织耐腐蚀性能耐磨性能

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齿轮用钢电子束表面硬化工艺的数值模拟

焊接 2014年第3期 35-41,71页

作者：郭绍庆唐思熠杜博睿李能孙兵兵张学军北京航空材料研究院 100095

针对齿轮用钢35Ni4Cr2MoA的电子束局部硬化工艺,建立了移动电子束局部加热的有限元分析模型和连续加热冷却过程奥氏体化相变计算模型,采用Visual FORTRAN语言自行编制了奥氏体转变模拟程序,成功地模拟了电子束局部硬化的热过程和组织变... 详细信息

针对齿轮用钢35Ni4Cr2MoA的电子束局部硬化工艺,建立了移动电子束局部加热的有限元分析模型和连续加热冷却过程奥氏体化相变计算模型,采用Visual FORTRAN语言自行编制了奥氏体转变模拟程序,成功地模拟了电子束局部硬化的热过程和组织变化。对不同硬化工艺条件下奥氏体化程度分布和硬化层轮廓的模拟预测表明,随着电子束移动速度的提高,奥氏体化开始的温度升高,奥氏体化程度显著降低,奥氏体化的范围(硬化层的宽度和深度)明显缩小。在确保试件中心所经历的最高温度低于材料熔点并且大致相当的前提下,随电子束移动速度降低,硬化所需热输入增加。

关键词：电子束硬化数值模拟齿轮用钢相变

超高速激光熔化扫描速度对Al-Mg-Sc高强铝合金性能的影响

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航空材料学报 2024年第1期44卷 133-142页

作者：文聘董子良吴宇董丁炀罗星杜博睿许培鑫陈斐武汉理工大学理学院新材料力学理论与应用湖北省重点实验室武汉430070 中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心北京100095 中机新材料研究院郑州有限公司郑州450001 武汉理工大学材料示范学院材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征,以7075铝合金为基体,采用自主开发的LDF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金,探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明:... 详细信息

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征,以7075铝合金为基体,采用自主开发的LDF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金,探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明:超高速激光熔化沉积样品均无明显裂纹,但含有少量小尺寸气孔。沉积态组织由细小的α-Al等轴晶及弥散分布的Al_(3)(Sc,Zr)颗粒构成。利用数值模拟进一步研究扫描速度对力学性能的影响,发现在0.1~1 m/s范围内,较高的激光扫描速度能减少粉末材料的堆积,降低沉积层表面的孔隙率,因此可以提高力学性能。沉积态样品最大抗拉强度为303 MPa,断裂伸长率为22.5%。

关键词：超高速激光熔化沉积高强铝合金力学性能数值模拟