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激光熔覆4169高温合金涂层的研究

刘洪刚

  4169高温合金是一种添加了Nb的沉淀强化型镍-铬-铁基合金。该合金在650℃以下具有较高的屈服强度、抗拉强度和良好的抗疲劳、抗氧化、抗辐射、耐腐蚀性能,并且具有良好的加工性能、焊接性能,可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空航天飞行器上长期使用。 采用激光熔覆技术制备的4169高温合金涂层存在铌的偏析现象,铌的偏析会产生有害的Laves相,强烈影响合金的组织和性能,限制了激光熔覆在4169合金再制造过程中的应用。本文主要研究了激光功率和基板温度对4169合金涂层中铌偏析行为的影响,及铌偏析对涂层组织和力学性能的影响。 显微组织观察表明,4169高温合金在激光熔覆凝固过程中呈现出典型的外延生长特性。合金涂层主要由生长方向不一的细长柱状枝晶组成,由于激光快速熔凝所具有的高梯度、高速度的凝固特征,所得组织细密、均匀。 差热分析和相分析研究结果表明,4169高温合金的凝固过程分为三步:第一步,生成奥氏体相L→γ;第二步,共晶反应L→(γ+NbC);第三步,共晶反应L→(γ+Laves)。 激光功率对组织影响研究结果表明,在5KW的较高激光功率下制得的4169合金涂层中存在裂纹,而1.5KW的较低激光功率下制得的合金涂层中不存在裂纹;1.5KW激光功率下熔覆制得的合金涂层冷却速度大,铌的偏析程度小,涂层中的有害相Laves相少。 液氮冷却基板对组织影响研究结果表明,液氮冷却基板可以增大涂层的冷却速度,基板常温时涂层冷却速度为941±122℃/s,基板液氮冷却时涂层冷却速度为3124±517℃/s;同时液氮冷却可以抑制4169合金涂层中铌的偏析,得到的涂层组织中有害相Laves相更加细小,同时使Laves相的体积含量减少。 热处理研究结果表明,热处理可以显著提高4169合金涂层的硬度,同时,低功率下制备的涂层热处理后硬度更高(5KW:400HV,1.5KW:460HV),基板液氮冷却条件下制备的涂层热处理后硬度更高(基板常温:460HV,液氮冷却:482HV)。……   
[关键词]:激光熔覆;4169高温合金涂层;铌偏析;冷却速度
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:上海交通大学2012年