Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Динамическое прогнозирование макрогеометрии и анализ микроструктуры высокоскоростной лазерной наплавки

Шижуй Го, Шоувэнь Дин, Цюаньбинь Ду, Шуйшэн Чэнь, Чуань Го, Луцзюнь Цуй, Инхао Цуй, Сяолэй Ли, Юнцянь Чэнь, Юз Чжао, Бо Чжэн

Аннотация


Исследовано влияние параметров высокоскоростной лазерной наплавки порошком сплава на основе Fe на подложку из стали 45 на макроморфологию и микроструктуру покрытия режущей головки. Получена модель термосиловой связи двухэллипсоидного источника тепла для высокоскоростной лазерной наплавки. Результаты численного моделирования использованы для анализа распределения температурного поля в наплавке. Верификация результатов моделирования, выполненная для режима наплавки при мощности лазера 2000 Вт, скорости сканирования 6 м/мин и скорости подачи порошка 18,18 г/мин, показала их хорошее согласие с экспериментальными данными. При сравнении результатов моделирования и эксперимента установлено, что морфология покрытия близко соответствует прогнозам моделирования с максимальным отклонением его размера 8,3 %. Установлено, что скорость сканирования и скорость подачи порошка существенно влияют на ширину и высоту покрытия. На микроструктуру покрытия влияют градиент температуры и скорость затвердевания расплава. Температурный градиент в верхней части покрытия составлял примерно одну треть от градиента в нижней части, тогда как скорость затвердевания была в восемь раз выше в верхней части, что приводило к образованию мелких зерен в верхней области. В целом, высокоскоростная лазерная наплавка позволила получить более качественную и равномерно выращенную микроструктуру по всей высоте наплавки.


Ключевые слова


высокоскоростная лазерная наплавка; покрытие; макроскопическая морфология; температурное поле; микроструктура

Полный текст:

PDF

Литература


Comakli, R., Balci, C., Copur, H., & Tumac, D. Experimental studies using a new portable linear rock cutting machine and verification for disc cutters. // Tunnelling and Underground Space Technology, 108 (2021): 103702(Doi 10.1016/j.tust.2020.103702).

Dong Fangmei, Chen Jufang, Lei Weining.“ Investigation on Forming Effect and Dilution Rate of Laser Cladded Coating on 45 Steel Surface[in Chinese].–Hot Working Technology, 48 (2019): 169.

A. Gunen, U. Gurol, M. Kocak, and G. Cam. A new approach to improve some properties of wire arc additively manufactured stainless steel components: Simultaneous homogenization and boriding// Surface & Coating Technology, vol. 460, p. 129395, 2023(Doi 10.1016/j.surfcoat.2023.129395).

Guo, S., Yu, J., Cui, L., Cui, Y., Cao, Y., Zeng, W., and Zhao, Y. Numerical simulation and experimental investigation of coaxiality change of laser cladding rotor shaft // Optical Engineering 60.12 (2021): 124106-124106(Doi 10.1117/1.OE.60.12.124106).

Kusmoko, Alain, and Hui Jun Li. Surface morphology and wear analysis of Stellite 6 deposited on 9Cr-1Mo steel substrate by laser cladding // Advanced Materials Research 1119 (2015): 640-644(Doi 10.4028/www.scientific.net/AMR.1119.640).

Schopphoven, T., Gasser, A., Wissenbach, K., and Poprawe, R. Investigations on ultra-high-speed laser material deposition as alternative for hard chrome plating and thermal spraying // Journal of Laser Applications 28.2 (2016).

Schopphoven, Thomas, Andres Gasser, and Gerhard Backes. EHLA: Extreme High‐Speed Laser Material Deposition: Economical and effective protection against corrosion and wear // Laser Technik Journal 14.4 (2017): 26-29(Doi 10.1002/latj.201700020).

Liu, T., Qu, X., Zheng, Y., Wang, Y., Yu, C., and Lu, H. Revealing multiphysics effects on microstructure characteristics in powder-fed laser cladding based on a comprehensive model // Journal of Materials Research and Technology 29 (2024): 3673-3685(Doi 10.1016/j.jmrt.2024.02.001).

Huang Guoshun, Jin Kangning, Chen Ping.Numerical Simulation of Temperature and Stress Fields of Laser Cladding IN718 Alloy [in Chinese].– Lubrication Engineering, 47.11(2022):75-81+147.

Izumi, Taisei, and Masayuki Arai. Numerical simulation of the 3D propeller repair process by laser cladding of SUS316L on SUS304 // Journal of Manufacturing Processes, 98 (2023): 234-253(Doi 10.1016/j.jmapro.2023.04.069).

Morville, S., Carin, M., Peyre, P., Gharbi, M., Carron, D., Le Masson, P., and Fabbro, R. 2D longitudinal modeling of heat transfer and fluid flow during multilayered direct laser metal deposition process // Journal of Laser Applications, 24.3 (2012).

Guo Chenguang, Wang Lei, Yue Haitao, Zhao Lijuan. Analysis of temperature and stress field of hydraulic support guide sleeve remanufacturing [in Chinese].–Coal Soc., 2021, p 1105-1113 .

Lv, Hang, et al. Temperature field simulation and microstructure evolution of Fe-based coating processed by extreme high-speed laser cladding for re-manufacturing locomotive axle // Surface and Coatings Technology, 464 (2023): 129529(Doi 10.1016/j.surfcoat.2023.129529).

DebRoy T, Wei H L, Zuback J S, et al. Additive manufacturing of metallic components–process, structure and properties // Progress in materials science, 2018, 92: 112-224(Doi 10.1016/j.pmatsci.2017.10.001).

Jingbin Hao, Hongren Liu, Shu Yang, Yiyang Liu, Hao Liu, Haifeng Yang. Simulation and Experimental Study of Effects of In-Situ Remelting on Morphology Modification and Microstructure Evolution of Laser Cladding Layer on Inclined Substrates [in Chinese].–Chin. J. Lasers, 2024,51(16):75-85.

Mingdong Zhu, Bingjie Wu, Liyan Cao, Yanru LI, Runhao Zhang, Jiayue Wu. Microstructure and property of cobalt alloy by laser cladding on 304LN stainless steel surface [in Chinese].–Trans. China Weld. Inst.,2022,43(08):48-53+86+116.

Sun, You Zheng, et al. Study on macroscopic morphology, microstructure and hardness of F313 iron-based coatings prepared by laser cladding using different powder feed rate // Advanced Materials Research, 1095 (2015): 631-635(Doi 10.4028/www.scientific.net/AMR.1095.631).

Zhang Yun, Qi Wenjun, Li Zhiqin.Numerical Simulation Research on Solidification Process of CoCrW Laser Cladding on 304 Stainless Steel [in Chinese].–Hot Work. Technol., 2023, p 101-106,(Doi 10.14158/j.cnki.1001-3814.20210463).

John, Merbin, Udaya Bhat Kuruveri, and Pradeep L. Menezes. Laser cladding-based surface modification of carbon steel and high-alloy steel for extreme condition applications // Coatings, 12.10 (2022): 1444(Doi 10.3390/coatings12101444).

Tong Ge, Lan Chen, Pengfei Gu, Xundong Ren. Microstructure and Properties Improvement of TiC/Inconel 625 Composite Coatings Using Extreme High-Speed Laser Cladding [in Chinese].– Laser Optoelectron. Prog., 2023, p 0514002.

Chen, Q., et al. The investigation of recrystallization developed in the largely undercooled Ni–3 at.% Sn alloy." Journal of Alloys and Compounds, 638 (2015): 109-114(Doi 10.1016/j.jallcom.2015.03.064).




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.7.42-43

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025