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激光熔凝工艺参数对304不锈钢熔凝层的影响

来源:至德钢业 日期:2018-12-18 18:49:28 人气:325

熔凝工艺参数对熔凝层宏观尺寸的影响

熔凝层宏观尺寸是激光对金属材料改性性能的主要指标。下面分别研究采用常温空气冷却熔凝层和冰水快速冷却熔凝层,其激光功率、激光扫描速度对熔凝层宽度及熔凝层深度的变化情况。这一研究数据也为后续在制备拉伸试样时,选择激光功率及激光扫描速度范围提高了一个参考基础,即选择合理的激光功率及激光扫描速度,使其形成的熔凝层宽度要适合设计的拉伸试样宽度。

3-12是激光扫描速度�=1000mm/min时,304奥氏体不锈钢激光熔凝层的熔宽和熔深随激光功率改变的变化曲线图。从变化曲线容易得知,当激光扫描速度一定时,常温空气冷却熔凝层和冰水快速冷却熔凝层的这两种不同处理方式获得的熔凝层熔宽和熔深均与激光功率成正比。因为当激光熔凝的其他参数一定时,辐照在不锈钢表层上的能量密度随着激光功率的增加而增加,其单位面积吸收的能量就越多,从而形成的熔池就会又宽又深。

激光熔凝层宽度及深度会随激光功率在理想的范围内提高而增加,也会受冷却条件的影响。就图3-12整体来说,同一激光功率下,采用冰水冷却的方式,使得熔凝层宏观尺寸略小于空气冷却的。

3-13是激光功率P=3600W时,304奥氏体不锈钢激光熔凝层的熔宽和熔深随激光扫描速度的变化曲线图。由曲线的变化趋势可知,当激光功率一定时,经两种处理方式所形成不同的熔凝层宽度及深度与激光扫描速度均成反比。这一现象的出现是因为当激光扫描速度增加,不锈钢受到的激光辐照时间相应变短,能量密度就减小。接受输入的能量越少,表面温升越低,不锈钢表面温度所能达到其熔点的深度就越小,从而形成的熔池形状变小,即熔凝层宽度、深度越小,反之亦然。

从曲线图3-13还可得知,在同一激光扫描速度下,熔凝层受到不同的冷却效果,所形成的熔凝层宽度和深度不一样,故采用冰水冷却对熔凝层的宏观尺寸会有一定的影响。在800mm/min<�<1000mm/min时,冰水冷却形成的熔凝层其宏观尺寸变化幅度比空气冷却时要大些。当800mm/min时,冰水冷却所形成的熔凝层,其熔宽、熔深都比空气冷却的要宽、要深。造成这一结果的主要原因可能是由于激光辐照时,用冰水冷却可以加快其热量的传递,更充分有效的利用了能量,让热量传导得更远;当1000mm/min时,形成了相反的结果,即空气冷却得到的熔凝层稍微比冰水冷却的既要宽一些又要深一些。这可能主要是由于激光束与不锈钢表面作用时间短,凝固速度相对比较快,热量来不及向远处传递就已经凝固了,又冰水冷却加速了熔池的凝固,有抑制热量远传的效果。

1)激光表面熔凝处理后的304奥氏体不锈钢表层显微组织与结构有着显著的变化,组织得到高度细化,均匀致密,而且用加快熔凝层的冷却凝固速度的冰水快速冷却方式所形成的凝固组织细化程度更高。

2)采用常温空气冷却和冰水快速冷却所形成的熔凝层,其凝固特征相似,熔凝层组织均呈现出明显的梯度现象,具有定向凝固的特征。

3)激光表面熔凝处理对304奥氏体不锈钢的化学成分分布影响不大。

4)在其他条件一定的情况下,在一定范围内提高激光功率或减小激光扫描速度可以增大熔凝层的宏观尺寸。不同的激光表面熔凝工艺参数对成型的熔凝层宏观表面质量有很大的影响。

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