激光直接金属沉积法发展铬镍铁合金功能梯度材(4)
图8中绘制的极限抗拉强度数据与激光功率的对比总结显示了极限抗拉强度随激光功率降低的趋势。此外,拉伸强度似乎随着功率质量流量的增加而增加。发现低粉末流速沉积工艺的抗拉强度为526–573.5 MPa,而高粉末流速沉积工艺的抗拉强度介于531 MPa和596 MPa之间。拉伸强度的降低可以通过以下事实来解释:随着热输入的增加,晶粒尺寸变大,因此对施加荷载的阻力变小。
图8 有效极限抗拉强度随粉末流量的变化而变化。
3.5.硬度分布
对不同粉末质量流量和功率水平下产生的壁进行维氏显微硬度测量,沿着壁的高度从底部到顶部进行。结果绘制在图9中,作为基板层数的函数。图9(a)显示了硬度的近似抛物线分布,在高粉末流速沉积的情况下,最终层的最大测量硬度为186.1 HV0.1,第一层的最大测量硬度为168.1 HV0.1。
图9(a–d)不同功率和粉末质量流量下的硬度曲线。
在低粉末沉积过程中,底层和顶层的硬度值分别为155.6 HV0.1和179.3 HV0.1。对于其他三个功率级,测量了类似的分布,测量的震级也有变化。此外,在大多数情况下,高粉末流速沉积比低粉末流速沉积具有更高的硬度。图9(a–d)清楚地表明,在所研究的多层结构中,硬度最初降低,直到Inconel 718的重量百分比大约增加到50%。从这个百分比开始,观察到涂层硬度增加。
值得注意的是,所有样品顶层的硬度显著增加。这可以用最后一层没有被重新加热这一事实来解释,这与它下面的其他层不同。
3.6.磨损试验
所有样品壁均与316L基板分离,在壁中部纵向剖切,并安装在Teer涂层(POD-2)销盘式磨损试验机上。使用机器可用的软件计算特定磨损率。
图10显示了不同功率水平下三层恒定成分的平均比磨损率。在所有样品中,当成分从316L不锈钢变为Inconel 718时,平均比磨损率(MSWR)与硬度呈反比关系。在100%的前三层中,SS316L MSWR较低;然后,当在接下来的三层中添加Inconel 718时,其增加。在接下来的9层中添加更多Inconel 718后,MSWR降低。所有样本都注意到了这一趋势。功率水平越高,总MSWR越高。
图10 表示20 N载荷和30 mm/s滑动速度下不同功率沿梯度的比磨损率(a) 450 W, (b) 550 W, (c) 650 W和(d) 750 W。
4.讨论
通过改变激光功率和粉末流量,可以控制大功率半导体激光沉积微结构。研究发现,最小功率和最大粉末流速可产生最细的晶粒结构,但微观结构的这些变化是以牺牲层高度和宽度的变化为代价的。
随着功率的增加,晶粒细化程度降低,二次枝晶臂间距增大。冷却速度的降低意味着有足够的时间让小枝晶臂熔化和消失;因此,合金的二次枝晶臂间距增加。此外,凝固过程中冷却速度越慢,晶粒粗化的时间越长。
这种反应与Wu等人报告的钛合金和Griffith等人报告的奥氏体不锈钢相呼应,他们还发现低功率下的高冷却速率会产生细晶粒结构。
还注意到,SDA随着构建高度的增加而增加,这表明局部凝固时间随着与作为散热器的基板的距离的增加而有所增加。凝固时间的增加是由于平均冷却速度随距离基板的距离而降低。这是因为在构建方向上的平均热梯度随着与基板的距离增加而减小。
对不同操作条件下产生的梯度结构拉伸强度的分析表明,拉伸强度与激光功率成反比关系。这是由于上面讨论的相同因素造成的,除了此处的冷却速率和热梯度因功率输入的增加而降低,而不是散热片特性的变化。
值得注意的是,样品中的硬度分布遵循近似的抛物线曲线,这与传统的单材料沉积不同,在传统的单材料沉积中,当从基板开始垂直测量时,样品的硬度通常会降低。这可以通过XRD图谱来解释,XRD图谱表明,当Inconel 718百分比增加时,存在NbC和Fe2Nb。根据Fujita等人的说法,NbC和Fe2Nb提高了材料的强度,因此,
文章来源:《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/zonghexinwen/2021/1207/2010.html