激光熔覆模压硬质合金粉末层研究及有限元模拟

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:asdf200201
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利用液压机和简易模具将硬质合金粉末预置在基体上,并采用大功率CO2激光器进行预置层的熔覆;借助ANSYS的APDL参数语言,模拟激光表面熔覆时的温度场,并在此基础上预测了激光表面熔覆工艺参数范围。论文选用了由铁合金粉、碳化钨粉和钴粉组成的混合硬质合金粉,以Q235普通碳钢作为基体,直接在基体金属上铣削出深1.5mm左右的凹坑,形成压制时的凹模,并设计了简易凸模,制定了合理的压制工艺。采用万能液压机将预先装在模具里的硬质合金粉压制在基体上,得到了一定强度、厚度、并与基体形成机械啮合的预置层。选用TJ-HL-T5000型5kw横流CO2激光加工器,确定加工功率为2600W、光斑宽度13mm。根据激光熔覆极限厚度的理论计算出最大极限扫描速度,并以此扫描速度为基础向下设定试探性扫描速度。激光熔覆时,利用固定功率与光斑尺寸、改变扫描速度的方法寻求最佳工艺参数。在扫描速度等于1mm/s时得到了表面较为平整、无裂纹的熔覆层。利用扫描电镜和硬度计对熔覆层组织进行成分、形貌和硬度分析。结果表明,在相对较软的马氏体和奥氏体基体上分布着高硬度的条状碳化物以及少量“鱼骨状”共晶体。熔覆层基体的硬度在200HV左右,而条状硬质相的硬度达到1145HV。熔覆层的宏观表面硬度达到56HRC。论文在激光熔覆工艺参数的确定上借助了ANSYS软件的APDL参数设计语言,在ANSYS热分析的基础上进行二次开发,模拟采用不同激光工艺参数加工时基体与涂层的温度场。其次,以界面处经历的最高温度作为判断涂层与基体形成冶金结合的判据,在温度场计算结果中提取界面处温度并判断其结合状况。模拟结果表明,功率2600W、光束尺寸宽为13mm的激光束,熔覆厚度1.2mm左右的硬质合金粉末预置层(WC60%+Co15%+Fe合金25%)时,要使涂层与基体形成良好的冶金结合,选用的扫描速度应小于等于2mm/s。通过与实际的加工结果相对比,模拟预测的工艺参数范围与实际加工的最佳参数较为接近。
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