激光熔覆表层与基体界面区的力学性质分布特性.pdf

冬此‘奋谁绪幽‘，愁魂毛卜， 激光熔覆表层与基体界面区的 力学性质分布特征 ‘ ) 武晓雷洪友士 ( 中 国 科学院力 学 研究所非线性 力学国 家t点实 脸X 北京 1 0 0 0 8 0 ) 摘要 利用纳米硬度仪研究了橄光熔夜表层与荃体界面区的硬度H及弹性模f E分布特征 实 验结果表明橄光扫描速率为2 0 m m l s 时， H具有平级梯度变化特征而E显著增加，属级和应力 型界 面: 扫描 过率较低吹1 2 m i o l 幻 .界 面两 侧的H差异显 著而E 变 化平 级.界 面区 徽观结构与 化学成分的演化是导致E及H变化的 主要原因 关 . \lm 度 >) 弹 性 * I , 激 脱m 引言 激光熔理可制备化学成分、 微结构及力学性能与基体不同的梯度表层V A ，显著提高材料 表层的综合力学性能和环境服役行为熔粗表层与基体间存在异种金属或金属与内瓷间的结 合界 面， 该 快凝界 面以 平面晶 外延 方式生 长，厚 度约为 十几阿 ， 对应熔池中的 最大的 沮度梯 度 . -A 面 两 侧 成 分 与 徽 结 构 不 同 而 引 起 较 大 热 物 理 性 质 差 异 。

梯 度 涂 层 、 增 加 与 基 体 热 物 性 相近的过渡层或控制快凝相的成分、 徽观结构可获得力学性能呈梯度分布的界面目 前， 对 熔搜表面层与荃体界面区力学性质的研究甚少本文利用纳米硬度仪侧试了 激光熔覆表面层 与基体界面区的硬度及弹性模量分布 今1硬匆lllr呼t呀‘‘语.，1资蛋，鑫‘‘.峨公专‘，甲卜‘卜币冲书布毛为夕卜留，‘奋唾1 I 实验方法 选取调质态4 5 钥为基体， 熔扭表层为F o / C r l W I N i / C铁基合金，表层厚度 8 m m a 熔及 工艺、 表层徽结构见 文献[[ 3 J . 利用 C M E S N J 仃 纳米硬度仪侧试涂层与 基体界面区的 弹性模 里 因及硬 度《功， 仪器连续记 录加载与卸载过程的 载 荷 位移曲 线， 分析并 输出E与H值， 由 计算机精确定位待侧位里 2 结果与讨论 图1 ( a ) 与 ( b ) 分别为界面处H及E分 布特征 激 光扫描 速率为2 0 m m l s 时， 表层与 基体 界 面区H具有 平缓的 梯度变化 特征 ( 图I ( a ) ) ， 属缓和应力型界 面， 而 涂层平界 面区的E显著 增加 ( 图I ro n . 扫描 速率较 低时 ( 1 2 m m l s ) ， 界面两 侧的H差异显著 ( 图I ( a ) ) ， 而E 平缓增加 ( 图 1 ( b D . 激光快 速凝固 时 存在凝固 相结构的 动力学 竟争与 选择， 液固界 面迁移速率 ( 与激光扫 描速 率相关) 控制领先相的结 构及成分。

本文中 熔彼合 金存在M , C 1 型化合 物向 Y - 奥氏体的领先相 1 )国 家自 招科学基金 和中国 科学院资肋 项目 露下 一不了 丁瓜厂一，一一一一一一一一一一一一— 一 r 卜‘r霍卜.r‘‘十卜卜L卜t卜Lf仁r‘卜卜卜卜黔.卜‘十合.争‘豁沁东t﹃巨‘暇盼落r‘.‘‘ltt十!仁!tr挤‘卜‘卜崔r垂LI一[1 演砂 i ， 在 1 0 - 2 s m m l s 的 扫 描速率范围内， 领先 相为非 平衡柳 奥氏 体， 但其过饱 和合金元 素程度随凝固速率而变化，影响界面区微观组织的热膨胀系数及马氏 体相变开始温度，导致 界面区热应力及相变应力发生变化 界 面 区 城 黝酬叫酬叫︸40 之0、-娜划蔽 是0、侧澎 距离! u m 距 离l u m 圈1 铭班 表 层与 墓 体界 面区 硬 度间及 弹性 撰. ro 汾布 烙顶表层平界面组织的光学显徽观察表明，界面区凝固生长形态为平面晶及胞枝晶，微 结构特征为奥氏 体与与氏 体的显和纽:," 但月G } k P F} }7 I S S7c n u o u } w a } w +m rR U } r r 1 + } ,w - . . . . } 激光扫描速举 较高时 ( 2 0 m m l s ) , 毕皿 品刀 平相M% l 巧利四于 下例犬w r r 朋r纽“ 刁 ，”二乙 艺 有高韧性及较低的 硬度， 囚血 齐圆 处硬压哭托 竿版‘ 佩兀，胭思甲铁. 认 ” 丫 竺罗卫 ’ 货了二 面前沿合金元索长程扩I ft 能刀增那， 央m件非十侧枉压阵1 扣 门W-r r }儿皿IRI I竺亡二 较大程度的高碳马氏体相变，囚网仕并皿网倒什I t .IR:I W W J M1J [ 7 C D C <’， “ “ ’}r r , u r } 尸省 竺 果随扫描速率的降低而MN, 0 9 a -少mmJ 开曰阴侧p `J V J C 7J [ 7s Y Y e }ix v c 3u } ro } 汁下贯丫 原子间金属键合强度， 多那健甘创电宁葱乡，兄汗甲佩丁。

” 稍兰I r m s x } a r r l } 叮毕认 于一 要取决于组成合金的原于不身住顶}3 6 3 .9 扫描速率 较低时 ( 1 2 m m / s ) ， 界 面两 侧的H差 异显 著而E 变化 平缓. ( 2 ) 界面区马氏 体转变量的增加及高W与C含量是E及H提高的原因 参 考 文 献 1武 晓 份 供友 士 . 胜 冲派 光 辐 照Z , o , 涂 层的. 8 . 8 快报 姐 织与 箱 细结 构. 金 月 学 报 . 2 0 0 0 . 3 6 ( 3 ) : 2 3 9 - 2 4 2 2 武 晓 ， 洪友 士 . 滋光 用 . T i c t K i 合 金 涂 层中 界面 结 构及 界 面 硬度 与 帅 性 公 t分 布. 金 月学 报， 2 0 0 0 . 3 6 ( 3 ) 2 胶 ~ 2 肠 3 W as X L . R a p i d ly s o l i d i fi e d n o n e q u i li b d m n n u c t o s u u c l m e a n d p h as e t s m s f o n m fi o n o f We o- e y n t l w s i a d rt o n - b a s e d a l l o y c m b n g . S w f C.怕 明及 日 肠 讨. l 卯9 . 1 1 义2 ) : l ”一故 摹鱿 汁氦澎雷 皿噜 。