激光溶覆对铝合金疲劳性能的影响
1420铝锂合金激光焊接接头疲劳性能分析
控 ， 于实现 自动 化 ； ） 易 （ 激光 束功 率 密度很 高 ， 度 ４ 速
快 ， 率 高 ； ） 光 焊 缝 窄 ， 影 响 区很 小 ， 件 变 效 （激 ５ 热 工 形小 ， 可实现 精 密焊接 ； ） 光焊 缝组 织 均 匀 ， （激 ６ 晶粒
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第 ３ ７卷
第 １ ２期
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形 不 理 想 ， 且 焊 后 接 头 易 软 化 ， 此 本 研 究 对 热 并 因
铝锂 合金 与传 统 的等 强度 铝合 金相 比 ， 有低 具 密度 、 弹性 模 量 、 比刚 度 、 比强度 等优 点 ， 高 高 高 在 国 内外航 空航 天 以及武 器 装备 、 民用领 域 中显 示 出 了广 阔 的应用 前景 。 激光 焊接 是一 种 先进 的焊 接技 术 ， 具有 以下 它 特点 ：１ 有熔 池净 化效 应 ， （） 具 能纯 净焊 缝金 属 ， 适用 于相 同或 不 同 材质 、 厚度 的金 属 间 的焊 接 ； ） （ 激光 ２ 束 可 以被 聚得 很 细 ， 斑 能量 密 度 很 高 ， 乎 可 以 光 几 汽 化所 有 的材 料 ， 广 泛 的适 用 性 ； ） 光 功 率 可 有 （激 ３
处 理 这种 工艺 方 法 对 接 头疲 劳分析 了如何选 择合 适 的热处 理工 艺 。
１ 试 验 设 备 与 方 法
试验 所用 材 料 为东北 大 学研 制 的 １ ２ ４ ０铝 锂 合 金 ， 体成分如表 １ 具 所示 。 试验所用设备 为 Ａ ３ ６型 Ｍ５ ４５ｋ 连续 Ｙ ． Ｗ ＡＧ激 光 器 配 Ａ Ｂ Ｉ Ｂ ４ ０１ Ｂ Ｒ ２ ０ ／６型 工 业机 器人 焊接 系统 。
激光熔覆技术的原理和应用
激光熔覆技术的原理和应用1. 激光熔覆技术的简介激光熔覆技术是一种常用于金属表面改性和复合材料制备的先进加工技术。
它利用高能激光束对工件表面进行局部熔化，使金属或合金液态化并与基材相互混合，形成一层高质量的涂层。
激光熔覆技术具有熔化速度快、固化快、热影响区小、涂层与基材结合强等优点，因而在航空航天、汽车制造、能源装备等领域得到广泛应用。
2. 激光熔覆技术的原理激光熔覆技术的实质是利用高能激光束对工件表面进行局部加热，使其达到熔点，然后进行快速冷却，使其凝固成为一层均匀致密的涂层。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 激光加热高能激光束在与工件表面接触时，光能转化为热能，使工件局部区域温度升高。
激光加热具有高度集中的特点，可以实现对工件表面的高温局部加热，而对其他区域几乎没有热影响。
2.2 金属熔化通过激光加热，金属或合金在达到熔点的条件下发生熔化。
激光熔化的特点是熔池温度高、熔池容积小、凝固速度快。
这使得熔化的金属能够在非常短的时间内冷却并固化，形成一层均匀致密的涂层。
2.3 冷却和凝固金属熔池在短时间内冷却并凝固形成固体涂层。
冷却速度的快慢直接影响涂层的组织结构和性能。
激光熔覆技术的快速冷却速度可以避免大晶粒的形成，并在晶界处形成细小的析出相，提高涂层的强度和硬度。
3. 激光熔覆技术的应用激光熔覆技术在多个领域有着广泛的应用，下面列举了其中一些典型的应用：3.1 表面修复和修饰通过激光熔覆技术可以对损坏的金属零件进行修复和修饰。
激光熔覆可以填充表面缺陷、修复裂纹，提高零件的使用寿命和性能。
3.2 硬质合金涂层制备激光熔覆技术可以在金属基材表面涂覆硬质合金材料，提高金属零件的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性。
硬质合金涂层广泛应用于机械零件、切削工具等领域。
3.3 功能性涂层制备通过激光熔覆技术可以在金属基材表面制备各种功能性涂层，如热障涂层、阻尼涂层、导电涂层等。
这些涂层可以为金属零件赋予新的性能和功能，拓展其应用范围。
铝合金的激光熔覆修复
铝合金的激光熔覆修复郭永利梁工英’李路(西安交通大学理学院，陕西西安710049)摘要：通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究，探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。
实验采用5 kW COz连续激光器作为加热源，在惰性气体保护隔离箱中，对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。
得到优化的激光熔覆工艺参数，制备了激光熔覆修复试样，并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。
实验结果表明，优化激光熔覆工艺参数是：激光功率密度为1．84×104～2．12×104 W／cm2，扫描速度为5 mm／s，送粉量为1．8～2．4 g／min。
搭接宽度为1．5 mm。
采用优化工艺参数熔覆，基底和熔覆区形成良好的冶金结合，熔覆后工件表面平整且基底没有变形。
同时，采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。
关键词：激光技术；激光熔覆；修复；显微组织；铝合金Laser Cladding Reparation of Aluminum AlloyGuo Yongli Liang Gongying Li Lu(School of Sciences，Xi’an Jiaotong University，Xi’an，Shaanxi 710049，China)Abstract :Experiment of repairing aluminum(A1)alloy 7050(AI 7050)by laser-cladding techniques was investigated．A5 kW C02 laser was used as the heat source．Experiemnts of single trace cladding，multi —trace overlapping cladding，and multi—layer cladding were performed on the Al 7050 plates shielded in a closed box with inertgas．A set of optimized laser-eladding repairation parameters for damaging Al 7050 samples were found，and the microstructures in differentcladding regions and micro-appearances of fracture surface were studied．The optimized laser-cladding repairation parameters were laser power of 1．84X104～2．12×104 W／cm2。
局部激光表面处理对7075铝合金疲劳性能影响的研究
第 ２期
尺 寸如 图 １所示 。
俞 申伟等 ： 局部 激 光表 面处理 对 ７ ７ ０ ５铝 合金 疲 劳性 能影 响 的研 究
９ １
１ １ 激光 表面 扫描 处理 ．
激 光扫 描设 备为 武汉华 工 激光成 套设 备有 限公 司生产 的 Ｈ — Ｌ５０ Ｇ Ｈ －００型 Ｃ 激光 器 。激光 表 面处理 Ｏ 的工 艺参数 包括 ： 光 的热 输入 功率 、 斑 直 径 、 描 速率 、 光 处 理 道 的间 距 等 。具 体 处 理 工 艺条 件 及 激 光 扫 激
局部激光表 面处理对 ７ ７ ０ ５铝合金 疲劳性 能影响的研 究
俞 申伟 李 ，
（ ． 车南京蒲镇车辆有限公 司 ， １南 江苏 南京
剑 方 ，
敏 齐芳 娟 ，
０ ０４ ） ５ ０ ３
２０ ０ ；． １０ ０ ２ 石家庄铁道大学 材料科学与工程学院 ， 河北 石 家庄
摘要 ：０ ５铝合 金 以其独特 的性能 广泛应 用 于载运 工具各 个行 业 中， ７７ 但是 ， 铝合 金在 焊接 后 会 出现 疲 劳强度 降低 的现 象， 这对 载 运 工 具 的安 全 性 产 能 生 了消极 影响 。针 对 这 一现 象 ， 用 采 局 部激 光表 面处理 法 来改善 ７ ７ ０ ５铝 合金 的疲 劳性 能 。对 未处理 试 样和 局部 激光 表 面 处理 后 试
性能降低的现象 ， 这些种现象会严重影响到载运工具的使用寿命¨ 。因此 ， 如何提高铝合金焊接结构的
疲 劳寿 命具有 重 大的经 济 意义 ， 成为科 研工 作者 的研究 热 点之一 。 也
有研究者 ｌ指出， ６ 改善疲劳性能最简单最有效 的方法就是 引入合适 的残余应力场。基于这样的原
机床大讲堂第39讲——基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究
机床大讲堂第39讲——基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究导读选用铁基金属粉末，采用同轴送粉光纤激光熔覆工艺对铝合金注塑模具磨破损区域进行了修复，并对其进行了机械性能测试与分析。
结果表明：同轴送粉光纤激光熔覆技术能够实现铝合金模具的成功修复，在合理工艺参数下铁基金属粉末和铝合金基体之间形成了良好的冶金结合，表面硬度得到很大提高。
随着现代科技的飞速发展，各种新技术新方法在模具修复中得到广泛推广和应用，其中常用的有堆焊修复技术、热喷涂和热喷焊修复技术、电刷镀修复技术和电火花修复技术。
近年来，在国内外又兴起了一种新的零件修复技术即激光熔覆。
该技术通常采用预置粉末或同步送粉方式在基体修复区表面加入金属粉末，利用高能激光束瞬间将基体表面微熔，同时使其表面的金属粉末(与基体材质相同或相近)全部熔化，激光撤去后快速凝固，获得与基体呈冶金结合的致密熔覆层，使零件表面恢复几何外形尺寸，并使表面熔覆层强化。
模具激光熔覆修复技术解决了电弧堆焊、氩弧堆焊、等离子弧堆焊等传统修复方法无法解决的工艺过程热应力和热变形大的难题。
本文对铝合金模具激光熔覆修复技术进行了试验研究，研究结果为该技术的工程应用提供了一定的理论和技术支持。
1试验装置和原理基于激光熔覆技术的模具破损区修复是在图1所示的多功能激光加工中心上进行的，主要由IPG光纤激光器(型号YLR-3000)、6轴KUKA机器人(型号KR30)、PERCITEC YC52熔覆头和FHPF-10同轴送粉器等组成。
通过西门子PLC系统利用良好的人机界面集中控制激光发射、机器人运动、送粉和保护气开关等。
同轴送粉器将四路粉末汇聚一点，送入激光束内，粉末被加热至熔化状态，并在基体或前一熔覆层上凝固，与其形成冶金结合。
一层熔覆完毕后，激光头上升一定的高度(对应熔覆层的厚度)，以保持激光光斑大小不变，继续进行后一层的熔覆修复。
经过多次循环，即可修复好已磨损的金属模具。
激光熔覆对铝合金表面硬度的提高研究
激光熔覆对铝合金表面硬度的提高研究铝合金是一种常见的轻质金属材料，广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。
然而，由于其较低的硬度，铝合金在某些应用中容易出现磨损和疲劳问题。
因此，提高铝合金的表面硬度成为了一个重要的研究课题。
激光熔覆技术作为一种先进的表面改性技术，可以显著提高铝合金的表面硬度，并在工业应用中具有广阔的前景。
激光熔覆是利用高能量激光束对金属表面进行快速熔化和再凝固的过程。
在激光熔覆过程中，激光束在铝合金表面产生瞬间高温，使得表面金属熔化，并与基材充分混合。
在快速冷却的过程中，金属会重新凝固形成非晶态或亚晶态结构，从而提高了表面的硬度。
激光熔覆对铝合金表面硬度的提高主要有以下几个方面的影响：首先，激光熔覆过程中产生的高能量激光束可以使铝合金表面达到极高的温度。
在这高温的作用下，铝合金的晶粒尺寸得到细化，晶体内部的位错密度增加，这些都有利于提高铝合金的硬度。
其次，激光熔覆过程中快速冷却的速度使金属在固化时形成非晶态或亚晶态结构。
相对于晶态结构，非晶态或亚晶态结构具有更高的硬度和强度。
此外，激光熔覆对铝合金表面还可以实现元素的超快扩散，即由于高温和快速冷却导致合金元素在表面的过饱和情况下迅速扩散，形成富含合金元素的固溶体或化合物，进一步增加了表面的硬度。
总而言之，激光熔覆技术通过高能量激光束的作用，使铝合金表面达到高温和快速冷却，进而改变了铝合金的晶体结构和成分分布，从而显著提高了其表面硬度。
然而，激光熔覆技术在应用过程中也面临一些挑战和限制。
首先，激光熔覆过程中产生的高温会导致铝合金的烧蚀和热应力等问题，影响了熔覆层的质量和性能。
其次，激光熔覆层与基材之间的界面结合强度有限，容易出现剥离和脱落的问题。
此外，激光熔覆层的残余应力也会影响到铝合金的整体性能。
为了克服这些问题，可以采取以下措施来进一步优化激光熔覆技术。
首先，控制激光参数，如激光功率、熔化深度和扫描速度等，以获得合适的熔覆层质量和硬度。
铝合金表面激光熔覆高硅涂层的组织与磨损性能
浙江理工大学学报，第２９卷，第２期，２０１２年３月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｓｃｉ－Ｔｅｃｈ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．２９，Ｎｏ．２，Ｍａｒ．２０１２文章编号：１６７３－３８５１（２０１２）０２－０２５４－０５收稿日期：２０１１－０９－０９作者简介：周陈菊（１９８７－），女，浙江德清人，硕士研究生，主要从事激光表面改性研究。
铝合金表面激光熔覆高硅涂层的组织与磨损性能周陈菊１，郑忠云２，王少锋１，曾红春１，席珍强１（１．浙江理工大学材料工程中心，杭州３１００１８；２．西南油气田分公司，成都６１００５１） 摘 要：用７ｋＷ横流ＣＯ２激光器在ＺＬｌ０１铝合金表面激光熔覆高硅涂层。
探索不同激光功率熔覆对涂层质量的影响，分析涂层的微观组织，测试涂层的硬度和磨损性能。
结果表明：在优化工艺参数下制备出的激光熔覆高硅涂层组织致密、无气孔和裂纹，激光熔覆层中存在大量初晶Ｓｉ、α－Ａｌ树枝晶和共晶组织。
涂层与基体结合区处呈现典型的外延生长特征，形成了良好的冶金结合。
熔覆层的横截面硬度在ＨＶ１５０～３２０之间，是基体的２～３倍，并显著提高了基体的耐磨性能。
关键词：铝合金；激光熔覆；高硅涂层；微观组织；硬度；耐磨性能中图分类号：ＴＧ１４６．２７ 文献标识码：Ａ０ 引 言铝合金具有密度小、比强度高和耐蚀性能好等优点而被广泛应用于航空航天、汽车等行业［１－３］。
随着现代工业高速发展对其性能要求的提高，其硬度低、耐磨性能差等缺点在一定程度上限制了它的应用。
表面强化是提高铝合金耐磨性能的有效方法，同时，高硅含量铝合金优异的高硬度、耐磨性能吸引着人们的眼球。
传统的铝合金表面强化方法主要包括化学转化膜处理、表面涂层技术、物理化学气相沉积等。
但这些方法获得的强化层薄，且强化层与基体之间结合强度低，容易剥落。
近年来，随着高功率激光器的开发和应用，激光熔覆技术得到了快速发展，为铝合金激光表面强化技术提供了新的途径［４－７］。
激光熔覆工艺参数对Ni60A熔覆层性能影响
Ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ Ｃｌ ａ ｄ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ Ｎｉ ６ ０ Ａ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｃｌ ａ ｄ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｌ ａ ｙ ｅ ｒ
覆层硬度随激光功率增大而降低 ， 随扫描速度增大而提 高。熔覆层上部组 织细小均 匀， 下部组织祖大稀疏 ， 并与基体呈现
良好 波 浪 状 冶金 结 合 。
关键词 ： 激光技术 ； 熔覆层 ； 工艺参数 ； 冶金结合
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｇ１ ５ ６ ． ９ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ 一 Ｏ ｌ １ ５ 一 Ｏ ４
ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ｓｅ ａ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｃｒ ｎ ｅ ｅｎ ｍ ｔ ｏ ｆｐ ｏ ｗ ｅ ｒ 。 ｗ ｈ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｓｅ ａ ｏ ｆ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ．Ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｏ ｒ ｇ ｎｉ ａ ｚ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｓ ｉｎ ｆ ｅ ｕ ｎ ｆ ｉ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｏ ｒ ｇ ｎｉ ａ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｂ ｕ ｌ ｋ ｙ ｓ ｐ ｒ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｃ ｌ ａ ｄ ｄ ｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ，ｈ ｖｉ ａ ｇ ｎ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ｗ ａ ｖ ｙ ｍ ｅ ｔ ｌ ａ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｎｄ ａ
摘
要： 为了得到扫描速度和激光功率对熔覆层性能的影响 ， 利用光纤激光器在 Ｃ ｒ １ ２ Ｍｏ Ｖ板材表面研 究了激光功率和扫描速度对熔覆层宽度 、 高度以及硬度的影响 ， 进行 了金相组织分析 。结果表明 ： 熔覆 层宽度 随激 光功率增大而增 大， 随扫描速度的提 高先增大后减 小； 熔覆层 高度随激光功率的增大而升 高， 随扫描速度加快而降低 ； 熔
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第25卷第1期 应 用 激 光 Vol.25,No.1 2005年2月 A P PL I ED LAS ER February2005激光熔覆对铝合金疲劳性能的影响胡芳友 刘洪军(海军航空工程学院青岛分院, 青岛266041) 提要 对模拟腐蚀损伤的铝合金试样表面进行了激光熔覆填充处理,分析了激光熔覆层的显微组织,并对熔覆试样和基材试样进行了疲劳寿命对比实验。
结果表明,表面激光熔覆会显著降低材料的疲劳性能,在99%可靠度的前提下,熔覆试样的安全寿命比基材试样有所降低。
其主要影响因素有:熔覆层底部的枝晶、重熔区内的缺陷和熔覆层内的拉应力。
经过表面机械冲击后,疲劳性能得到显著提高,提高幅度为244%,疲劳断口形貌表明,熔覆层有明显的疲劳特征。
关键词 铝合金, 激光熔覆, 疲劳性能E ffect of Laser Cladding on Aluminum AlloyF atigue PropertiesHu Fangyou Liu Hongjun(N aval A eronautical Engineering I nstitute Qing dao B ranch, Qing dao,266041) Abstract Laser surface cladding is used to repair corrosion damage of Aluminum alloy that is used on propeller of aeronau2 tical engine.Four-group specimens were tested for the comparison of the fatigue life during two-step-experiment.The effect on fatigue properties of the laser cladding layer of Aluminum alloy were discussed.The results show that the dendrite, micro pore and tensile stress of cladding layer are the factors to reduce fatigue properties;the fatigue life of laser cladding speci2 mens is shorter than substrate material ing mechanical shocking process on every cladding layer will improve fa2 tigue properties;the fatigue life of shocked specimens is about3.44times the length of the claddings. K ey w ords Aluminum alloy, Laser cladding, fatigue property 航空发动机螺旋桨叶工作在含尘、含水、甚至含有盐雾的大气环境中,在承受交变载荷的同时,也承受着上述物质的冲刷。
其表面防护层在较短时间内便会失去作用,从而引起腐蚀,降低了使用寿命,产生较大的经济损失。
人们尝试了多种工艺,均未受到令人满意的效果。
激光熔覆是应用激光光斑辐照预涂粉末层的金属表面,使金属粉末经过一个熔凝过程与基材结合,可以在金属表面形成有特定性能的表层材料。
熔覆层的理化性能可以较准确地控制,熔覆层与基体可以形成牢固的冶金结合,稀释度小,热影响区小,因此,可以应用在提高工件表面耐腐蚀、耐磨损、耐热性能[1,2]。
利用激光熔覆所具有的填充作用,可修复铝合金腐蚀损伤。
但是作为填充层,其重熔区必定存在较大的柱状晶:[3,4],从而影响材料的疲劳性能。
以承受交变载荷的螺旋桨叶,疲劳性能将直接影响其使用寿命。
因此,研究激光熔覆后材料的疲劳性能变化规律是十分重要的。
2004年12月2日收稿实验方法及条件 实验材料为L Y12CZ,试样按照G B3075-82制作,标距段尺寸60×20×4mm,由挤压型材和板材铣制。
疲劳性能通过三组对比疲劳试样检测(每组5个),试样表面预制深1.5mm,SR10mm的凹坑来模拟腐蚀损伤。
实验分三个阶段,阶段一为熔覆工艺参数优化实验,阶段二为直接熔覆填充及疲劳性能实验,阶段三为熔覆加辅助机械冲击工艺及疲劳性能实验。
二、三阶段分别熔覆填充二组试样。
采用J HM-1GX-200型脉冲式Nd:YA G激光器;熔覆合金粉沫为铝钇合金,采用激光多道多层熔覆,光斑侧面吹氩气保护,氩气流量为8l/min,光斑直径为1.0mm,激光工作电流280A,脉冲频率2Hz,脉冲宽度3～6ms。
疲劳寿命对比试验在4t立式疲劳试验机上进行,试验参数为:室温环境,单轴拉-拉正弦波加载,试验最大应力σmax=275M Pa,最小应力σmin=55M Pa,频率f=8Hz。
在S360扫描电镜下(SEM)分析熔覆层的微观组织结构。
结果分析与讨论—4—表1 试样疲劳试验结果(寿命,N/cycle)第二阶段第三阶段基材试样组熔覆试样组熔覆试样组冲击试样组19434964684723054512692986893223474111434726410437371711139411948115734036826448113941214848406 表1为两个阶段试样的疲劳寿命实验结果。
通常铝合金材料疲劳性能观测值母体分布规律为正态分布或威布尔分布,由于实验采用的应力水平为屈服极限的60%以上(L Y12的σb=550M Pa,σ0.2=450M Pa本实验取σmax=275M Pa),母体的分散性应较小。
在此前提下,可以用小子样数据估计母体参数:[5]。
根据表1数据及式(1)(2)(3)分别计算对数子样平均值、标准差s和方差s2 X=1n∑ni=1l g N i=^μ(1) s=∑ni=1X i2-1n(∑ni=1X i)2n-1=^σ(2) s2=∑ni=1X i2-1n(∑ni=1X i)2n-1(3) 式中^μ、^σ为母体平均值、母体标准差的估计量。
取可靠度为99%,对应99%可靠度的标准正态分布偏量:u p=-2.326,.则 ^Xp =^μ+^μpσ=^X+^μps(4) ^Xp为对应任一可靠度的对数安全寿命估计量,^X p=lg ^N p。
^Np为对应任一可靠度的安全寿命估计量。
根据式(4)计算,可得99%可靠度下试样的安全寿命(如表2)。
根据四组试样的方差,按照疲劳对比试验原理[5]进行显著性检验(计算过程略),得出结论:就疲劳寿命而言,第二阶段两个子样、第三阶段两个子样均来自平均值不同的两个母体。
两个母体具有相同的标准差、不同的平均值。
因此可认为:在99%可靠度前提下,与基材试样(有模拟腐蚀坑)相比,熔覆试样的疲劳寿命略有降低;与直接熔覆试样相比,增加机械冲击后,安全寿命提高了244%表2 安全寿命估算及对比试样组X s s2X99N99第二阶段基材 4.18590.16360.0268 3.80546389熔覆 3.99460.09330.0087 3.7785998第三阶段熔覆 4.01250.06400.0041 3.86367304熔覆加冲击4.57740.07650.0059 4.399525090图1 熔覆过渡区域显微组织 为了解熔覆试样疲劳寿命降低的原因,对疲劳试验前后熔覆层的显微组织进行了分析。
图1为熔覆过渡区域的显微组织,从图中可以看出:熔覆层内的微观组织是不同于基材的铸态组织;在熔覆层的底部,由于熔池与基材的温差,形成了与热传导相同方向的枝晶,其轴向长度可达30-40μm;由于枝晶长大的方向与应力方向几乎垂直,具有较强的开裂倾向,使试样的疲劳寿命明显降低;在枝晶与基材之间存在一个厚度为5-10μm的重熔区,区内可见有微观缺陷;同时由于熔池金属在凝固过程中相对于基材的收缩,致使熔覆层内会产生拉应力,熔覆后试样的弯曲变形可证明拉应力的存在,拉应力会加速表面或熔覆层内的开裂。
图2为疲劳直接熔覆试样的疲劳断口形貌。
可以看出,在上部熔覆区域的断裂面上没有呈现疲劳断口特征,说明在较少的循环周期内,裂纹就扩展到熔覆区整个截面,具有明显的相对脆性;而在基材的断裂面上,可以看见典型的疲劳特征,裂纹源在熔覆层与基材之间的过渡区域,裂纹在基材内的扩展属—5—于较典型的铝合金疲劳特征。
图3为在每一熔覆层施加机械冲击试样的疲劳断口,柱状晶已不明显,可以看出上部的熔覆区断口已有典型的疲劳特征,这与其较长的疲劳寿命相吻合。
图2 熔覆断口形貌 综上可见,熔覆试样疲劳裂纹萌生于过渡区域,在熔覆层内快速扩展,待裂纹扩展至整个熔覆截面后,在基材区域以铝合金挤压型材典型的裂纹扩展规律扩展,直至断裂。
经过机械冲击,熔覆层底部的柱状晶经变形后已改变形状,冲击释放了熔覆层的拉应力并产生压应力,熔覆层内的缺陷经变形后对裂纹萌生的影响已减小,三者共同作用抑制了裂纹的萌生与扩展,延长了试样的疲劳寿命。
图3 熔覆加冲击断口形貌结 论 1.多层熔覆降低材料的疲劳寿命,在每一个熔覆层施加机械冲击可显著提高试样的疲劳性能。
2.熔覆层底部的枝晶、重熔区内的缺陷和熔覆层内的拉应力是影响熔覆试样疲劳寿命的主要因素。
参考文献[1]杨晓豫.上海交通大学博士学位论文,1997.8[2]R.H.Hayes ,Huff man corporation at the world aviationgas turbine engine overhaul and repair ’97conference [3]R.Li ,et al ,S urf .Coat.Tech.1996,81:290[4]CAI Xun ,et al ,Material Engineering ,2000.4:6[5]高镇同等,北京航空航天大学出版社,2000.12:118(上接第8页) V y V i R 17R 21=V REF V 0R 26R 20(2) 令K =R 26R 20V REF R 17R 21,则有最终的输出电压:V 0=KV i V y ,这个输出电压是与正弦波信号振幅成正比的。
V o 通过3个二阶低通滤波器后,可以得到非常平滑的直流信号。
这就可以送入AD 转换器件进行转换显示了。
图4 在线测量结果实验结果 上述实验装置于2004年8月开始在河南羚瑞制药股份有限公司的生产线上进行试用。
图4为2004-8-19下午1时到5时在线测量得到的实验结果。
此时生产的膏药为壮骨膏,布的颜色为白色。