摘 要:為了提高蒸汽發(fā)電機(jī)葉片(SUS403不銹鋼)的耐磨性能和耐氣蝕性能,采用了4.0kW光纖耦合傳輸半導(dǎo)體激光器堆焊系統(tǒng),在SUS403不銹鋼葉片上堆焊了鈷基合金(司太立6#)粉末。經(jīng)試驗(yàn)確定了最佳的激光熔覆參數(shù),并通過光學(xué)顯微鏡、SEM、EDS、XRD、顯微硬度計(jì)和磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)堆焊層的顯微組織、相組成、微區(qū)成分、維氏硬度和耐磨性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,堆焊層的組織為亞共晶組織,其初晶相由富Co的γ奧氏體組成,而共晶組織由富Co的γ奧氏體和復(fù)雜的碳化物組成;堆焊后的葉片使用壽命提高了3倍以上。
關(guān) 鍵 詞:激光堆焊;鈷基合金;維氏硬度;耐磨性能;稀釋率;亞共晶組織;初晶相;共晶組織
激光堆焊過程的優(yōu)點(diǎn)是可以形成一個(gè)復(fù)合功能結(jié)構(gòu)、低稀釋率、焊接變形小的堆焊層,且通過快速加熱和冷卻的堆焊過程容易獲得優(yōu)質(zhì)而耐磨的堆焊層。另外,通過優(yōu)化激光加工參數(shù)(如離焦量、焊接速度及送粉量等)可靈活地控制堆焊層的稀釋率,以滿足使用性能的要求。因此,近幾年,在制造領(lǐng)域,激光表面堆焊技術(shù)得到了迅速發(fā)展[1-6]。比如,日本汽車工業(yè)已將激光堆焊技術(shù)應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出氣門和氣門座圈的制作;日本核電行業(yè)已將激光堆焊技術(shù)應(yīng)用于成套設(shè)備的閥門零部件的生產(chǎn)[7]。由于激光光束能量密度高,熱量容易控制,所以對(duì)零部件的精密堆焊及薄板件的堆焊尤為適用。
SUS403不銹鋼在高溫下為奧氏體組織,淬火后為馬氏體組織,主要用于工具、發(fā)電機(jī)葉片、軸承等比較苛刻的環(huán)境中[8]。特別是在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作的蒸汽發(fā)電機(jī)葉片的前緣部位,由于尺寸薄且受到高溫蒸汽的沖刷,所以容易造成失效(磨損和氣蝕)。為了改善葉片失效部位的性能,往往采用銀基釬焊或TIG焊接方法將司太立6#合金板條焊在葉片的前緣[9]。另外,還有人采用等離子堆焊方法嘗試向葉片的前緣堆焊司太立6#合金粉末。但是,由于釬焊接合強(qiáng)度低,而TIG電弧和等離子電弧的熱源分散,堆焊后葉片的焊接變形大、焊縫成形難于控制且生產(chǎn)效率低,很難滿足葉片的使用性能要求。本研究中嘗試采用了激光堆焊方法,以解決了上述制造方法所帶來的問題。
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