Системы лазерной наплавки титановых сплавов: Полное руководство

Вы когда-нибудь задумывались о том, как современные технологии могут повысить долговечность титановых сплавов? В этой статье рассматриваются системы лазерной наплавки титановых сплавов, подробно описывается, как порошки различных сплавов улучшают свойства поверхности, включая износостойкость и коррозионную стойкость. Узнайте об используемых материалах, от порошков на основе никеля до композитных порошков, и об их уникальных преимуществах в промышленных применениях. Вы получите представление о процессах и характеристиках, которые делают лазерную наплавку инновационным решением для продления срока службы титановых компонентов. Читайте далее, чтобы узнать, как эти достижения могут революционизировать характеристики материалов в сложных условиях.

Системы лазерной наплавки титановых сплавов Ultimate Guide

Оглавление

1. Обзор

Материалы для лазерной наплавки на поверхность титановых сплавов в основном включают: легкоплавкие сплавы, композитные и керамические материалы.

Среди них легкоплавкие сплавы, в основном, состоят из сплавов на основе железа, сплавов на основе никеля и сплавов на основе кобальта.

Ключевой особенностью этих сплавов является включение элементов бора и кремния, которые проявляют сильное раскисляющее и самоплавящееся действие.

Системы лазерной наплавки титановых сплавов Ultimate Guide

Во время лазерная облицовкаБор и кремний окисляются, образуя оксиды, и создают тонкую пленку на поверхности плакирующего слоя.

Эта пленка не только предотвращает чрезмерное окисление элементов в сплаве, но и образует боросиликатный шлак с оксидами этих элементов, тем самым снижая содержание включений и уровень кислорода в плакирующем слое.

В результате этого процесса получается слой лазерной наплавки с низким содержанием оксидов и малым количеством пор. Бор и кремний также могут снижать температуру плавления сплава, улучшая смачиваемость расплава по отношению к основному металлу, что положительно сказывается на текучести и поверхностном натяжении сплава.

Твердость самоплавкого сплава возрастает с увеличением содержания бора и кремния в сплаве. Это связано с увеличением количества чрезвычайно твердых боридов и карбидов, образованных элементами бора и кремния с никелем, хромом и другими элементами в сплаве.

1. Порошок сплава на основе никеля

Порошок из сплава на основе никеля обладает превосходными смачивающими свойствами, коррозионной стойкостью и высокотемпературной самосмазываемостью.

В основном используется в компонентах, требующих износостойкости, термокоррозионной стойкости и термоусталостной прочности. Требуемый мощность лазера плотность немного выше, чем для наплавки из сплава на основе железа.

Принцип легирования сплавов на основе никеля включает аустенитное упрочнение твердым раствором таких элементов, как Fe, Cr, Co, Mo, W, интерметаллическое упрочнение осадками Al, Ti и зернограничное упрочнение B, Zr, Co.

Выбор элементов в порошке самоплавкого сплава на основе никеля основан на этих принципах, а количество элементы сплава добавляется в зависимости от формуемости сплава и процесса лазерной наплавки.

В настоящее время самоплавкие сплавы на основе никеля в основном включают Ni-B-Si и Ni-Cr-B-Si. Первый менее твердый, но более пластичный и простой в обработке, а второй образуется путем добавления соответствующего Cr в сплав Ni-B-Si. Cr, растворимый в Ni, образует никель-хромовый твердый раствор, повышающий прочность плакирующего слоя, улучшающий его стойкость к окислению и коррозии.

Cr также может образовывать бориды и карбиды с B и C, повышая твердость и износостойкость наплавленного слоя.

Увеличение содержания C, B и Si в сплаве Ni-Cr-B-Si позволяет повысить твердость наплавленного слоя с 25 HRC до примерно 60 HRC, но ценой снижения пластичности.

Чаще всего в сплавах этого типа используются Ni60 и Ni45. Кроме того, увеличение содержания Ni позволяет значительно снизить скорость образования трещин.

Это объясняется тем, что Ni является мощным аустенит (γ) фазорасширяющий элемент. Увеличение содержания Ni в сплаве повышает вязкость, тем самым увеличивая пластическую вязкость наплавленного слоя.

Увеличение содержания Ni также снижает коэффициент теплового расширения плакирующего слоя, тем самым уменьшая остаточное растягивающее напряжение плакирующего слоя и значительно снижая образование трещин и дефектов.

Однако большее количество Ni не обязательно лучше, так как слишком высокое содержание Ni может повредить твердость плакирующего слоя, не позволяя ему достичь требуемых свойств.

2. Порошок сплава на основе кобальта

Порошок сплава на основе кобальта обеспечивает превосходные высокотемпературные характеристики и устойчивость к износу и коррозии при лазерной наплавке на поверхность титановых сплавов.

В настоящее время порошок самоплавкого сплава на основе кобальта, используемый для лазерной наплавки, разрабатывается на основе сплавов Стеллит, основными легирующими элементами которых являются хром (Cr), вольфрам (W), железо (Fe), никель (Ni) и углерод (C).

Кроме того, бор (B) и кремний (Si) добавляются для улучшения смачиваемости порошка сплава, чтобы сформировать самоплавкий сплав.

Однако чрезмерное содержание бора может увеличить склонность сплава к растрескиванию. Сплавы на основе кобальта демонстрируют превосходную термическую стабильность, с минимальным испарением и возгонкой или заметной деградацией во время наплавки.

Кроме того, порошок сплава на основе кобальта демонстрирует отличную смачиваемость при плавлении, равномерно распределяясь по поверхности титановый сплав.

В результате облицовочный слой получается плотным, гладким и ровным, что повышает прочность сцепления между облицовочным слоем и основным материалом.

Основными компонентами порошка сплава на основе кобальта являются кобальт (Co), хром (Cr) и вольфрам (W), что придает ему отличные высокотемпературные характеристики и комплексные механические свойства.

Кобальт и хром образуют устойчивые твердые растворы, а благодаря низкой содержание углеродаРазличные карбиды, такие как метастабильные CrC, MC и WC, а также бориды, такие как CrB, рассеяны по всей основе, что приводит к получению сплава с более высокой красной твердостью, высокотемпературной износостойкостью, коррозионной стойкостью и стойкостью к окислению.

3. Порошок сплава на основе железа

Лазерная наплавка порошка сплава на основе железа на поверхность титановых сплавов подходит для деталей, склонных к деформации и требующих локальной износостойкости. Его главным преимуществом является низкая стоимость и хорошая износостойкость.

Однако он имеет высокую температуру плавления, плохую самоплавкость, низкую стойкость к окислению, плохую текучесть и плакирующий слой, который часто содержит значительное количество пористости и шлаковых включений, что ограничивает его применение.

В настоящее время легирование плакирующей структуры сплавами на основе Fe в основном состоит из Fe-C-X (где X - Cr, W, Mo, B и т.д.), а структура плакирующего слоя состоит в основном из метастабильных фаз, при этом механизмы упрочнения следующие мартенсит упрочнение и карбидное упрочнение.

Характеристики порошковых систем самоплавящихся сплавов

Порошок из самоплавкого сплаваСамовоспламеняющиесяПреимуществаНедостатки
На основе железаБедныйЭкономически эффективныйПлохая устойчивость к окислению.
На основе кобальтаДостаточно хорошоОбладает превосходной высокотемпературной стойкостью, отличной устойчивостью к тепловым ударам, а также превосходной износостойкостью и коррозионной стойкостью.Относительно высокая стоимость.
На основе никеляХорошоОбладает хорошей вязкостью, ударопрочностью, жаростойкостью, устойчивостью к окислению и высокой коррозионной стойкостью.Низкая производительность при высоких температурах.

4. Композитные порошки

В тяжелых условиях скольжения, ударного и абразивного износа поверхностей титановых сплавов простые самоплавкие сплавы на основе Ni-, Co и Fe уже не могут соответствовать требованиям эксплуатации.

На этом этапе в вышеупомянутые порошки самоплавких сплавов могут быть добавлены различные высокоплавкие карбиды, нитриды, бориды и оксидные керамические частицы для создания металлокерамических композитных покрытий.

Среди них наиболее изучены и используются карбиды (такие как WC, TiC, SiC и т.д.) и оксиды (такие как ZrO, AlO и т.д.). Поведение керамических материалов в расплаве титанового сплава включает в себя: полное растворение, частичное растворение и незначительное растворение.

Степень растворения в первую очередь зависит от типа керамики и подложки, а во вторую - от условий процесса лазерной наплавки.

В процессе лазерной наплавки расплавленный бассейн существует при высоких температурах очень короткое время, в результате чего керамические частицы не успевают полностью расплавиться. Плакирующий слой состоит из гранецентрированной кубической γ-фазы (Fe, Ni, Co), нерасплавленных частиц керамической фазы и осажденных фаз (таких как MC, M C и т.д.).

Слой лазерной наплавки включает такие механизмы упрочнения, как мелкозернистое упрочнение, дисперсионное упрочнение твердыми частицами, упрочнение твердым раствором и упрочнение скоплением дислокаций.

Примеры:

1. Лазерная наплавка на поверхность титановых сплавов покрытий из TiC или (TiB+TiC), армированных титановыми композиционными материалами, позволяет повысить поверхностную твердость и износостойкость титанового сплава, обеспечивая при этом хорошую адаптацию материала покрытия к подложке.

2. Поверхность титанового сплава расплавляется лазером и на нее осаждается бинарный сплав Ti-Cr в различных пропорциях, что позволяет получить поверхностно-модифицированные покрытия, обладающие высокой твердостью и хорошей совместимостью с подложкой.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Вам также может понравиться
Мы выбрали их специально для вас. Читайте дальше и узнавайте больше!

Исследование лазерного текстурирования: Влияние на пайку алюминия/титана

Как простая лазерная техника может изменить сварку алюминия и титана? В этой статье рассматривается инновационное использование лазерного текстурирования для улучшения соединения этих металлов.....
Что такое лазерная наплавка Характеристики и применение

Что такое лазерная наплавка: Характеристики и применение

Вы когда-нибудь задумывались о том, как в промышленности достигается такое точное улучшение поверхности металлов? Лазерная наплавка может стать ключом к разгадке. Эта передовая технология наплавляет материалы покрытия на подложки с помощью лазерных лучей,...
Лазерная маркировка машина производитель

Топ 10 лучших производителей и брендов лазерной маркировки машины в Китае

Вы когда-нибудь задумывались о том, кто лидирует в отрасли производства машин для лазерной маркировки в Китае? В этой статье рассматривается десятка ведущих производителей, отличающихся инновациями и надежностью. От National Bowlder Technology до...
5 Применений лазерных технологий в промышленном производстве (2018)

5 Инновационные применения лазерных технологий в промышленном производстве

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как лазеры революционизируют производство? От точной резки до быстрого создания прототипов - лазерные технологии изменили промышленные процессы, сделав их быстрее, чище и эффективнее. В этой статье...
Наука, лежащая в основе поглощения металла лазером Как увеличить передачу энергии

Наука, лежащая в основе поглощения металла лазером: Как увеличить передачу энергии

Что делает взаимодействие металла и лазера таким захватывающим? Это взаимодействие между светом и заряженными частицами металла, которое приводит к различным уровням отражения, поглощения и пропускания. Эта статья посвящена...
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.