Le revêtement laser est une technologie qui utilise un faisceau laser à haute énergie comme source de chaleur pour faire fondre et solidifier le matériau de remplissage enduit sur la surface du substrat, formant ainsi une liaison métallurgique entre les deux, puis améliorant ses propriétés de surface. Comparé à d'autres technologies de renforcement de surface, le revêtement laser présente une série d'avantages tels qu'un taux de refroidissement rapide, une liaison métallurgique facile entre le revêtement et le substrat, une petite zone affectée thermiquement, un faible taux de dilution, une faible déformation du substrat, une automatisation facile et aucune pollution. Par conséquent, la technologie a de larges perspectives d’application dans les secteurs de l’aérospatiale, des machines minières, de la pétrochimie, de l’automobile, des navires, de l’énergie électrique, des chemins de fer et autres.
Cependant, le revêtement laser est un processus de chauffage et de refroidissement rapide. Le gradient de température du substrat et de la couche de revêtement, la répartition inégale de la phase dure dans la couche de revêtement et la différence de propriétés physiques entre la couche de revêtement et le matériau de matrice auront un certain impact sur la stabilité dimensionnelle et les propriétés mécaniques de la couche de revêtement. , ce qui entraînera l'initiation et la propagation de fissures. La formation de fissures dans la couche de revêtement a une grande influence sur la durée de vie des pièces, ce qui constitue un problème urgent à résoudre dans l’application industrielle de la technologie de revêtement laser.
Le revêtement laser est un processus de chauffage et de refroidissement rapide et une réaction métallurgique complexe. À l’heure actuelle, la recherche sur les fissures des couches de revêtement se concentre principalement sur une seule méthode de contrôle et il y a un manque de recherche systématique. Dans cette étude, une couche de revêtement en alliage Ni60 a été préparée sur une surface en acier 42CrMo par la technologie de revêtement laser en poudre pré-posée. Tout d’abord, le mécanisme de formation des fissures et la sensibilité des fissures ont été analysés, puis l’influence de différentes puissances laser et températures de préchauffage sur les fissures a été étudiée, afin de fournir une référence pour le contrôle des fissures des alliages à base de Ni pour revêtement laser.
Matériels et méthodes de test
1. Matériel d’essai
Dans ce test, l'acier allié 42CrMo est sélectionné comme matériau de matrice dans le test de revêtement laser, et la taille de la plaque ronde est de Φ150 mm × 10 mm. Poncez la surface en acier 42CrMo avec du papier de verre avant le revêtement laser et nettoyez-la avec de l'alcool et de l'acétone pour vous assurer qu'il n'y a pas d'autres impuretés sur le substrat. La poudre de revêtement a été sélectionnée avec un alliage Ni60 et la taille des particules était de 53 à 150 μm. La composition chimique de l'alliage Ni60 est présentée dans le tableau 1.
Tableau 1 Composition chimique de l'alliage Ni60 %
|
m(C) |
m(Si) |
m(Cr) |
m(Ni) |
m(Mo) |
m(Fé) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. Méthodes d'essai
Le laser LWS-1000 Nd : YAG a été sélectionné pour le revêtement laser par pré-application de poudre et processus multi-couches. Les paramètres de préparation des échantillons sont les suivants : puissance laser 270 ~ 300 W, vitesse de balayage 300 mm/min, température de préchauffage 170 ~ 270 degrés, taux de recouvrement 50 %. Après le test de revêtement au laser, le stéréoscope Zeiss Stemi305 a été utilisé pour observer la morphologie de surface de la couche de revêtement. La couche de revêtement préparée est découpée en un échantillon de 5 mm × 10 mm × 10 mm, puis une solution HCl + HNO3 avec un rapport volumique de 3 ∶ 1 est utilisée pour corroder la section transversale de la couche de revêtement polie. Le microscope métallographique Jiangnan MR5000 et le microscope électronique à balayage Regulus8230 ont été utilisés pour observer la microstructure de la couche de revêtement Ni60, et l'EDS a été utilisé pour analyser qualitativement et quantitativement la distribution des éléments proches et sans fissures dans la couche de revêtement. Le testeur de dureté numérique microVickers VTD401 a été utilisé pour mesurer la microdureté de la section transversale de la couche de revêtement. La charge de chargement était de 50 g et le temps de maintien était de 10 s. La phase a été analysée par un diffractomètre à rayons X à cible rotative D/MAX2500VL/PC.
Conclusion
1. La microstructure de la couche de revêtement est principalement composée de - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 et M23C6. Les fissures de cet essai sont essentiellement des fissures traversantes, qui proviennent généralement de la surface de la couche de revêtement et s'étendent jusqu'à la jonction de la couche de revêtement et de la matrice, et la plupart des fissures s'étendent directement à travers toute la couche de revêtement. La différence de propriétés thermiques entre la matrice et la couche de gainage, le gradient de température et la ségrégation de la phase dure dans la couche de gainage ont certains effets sur la sensibilité aux fissures.
2. Avec l’augmentation de la puissance du laser, la rupture des fissures dans la couche de revêtement est évidemment améliorée. Lorsque la puissance est de 290 W, il n'y a que quelques fissures dans la couche de revêtement et de bonnes propriétés mécaniques sont conservées. Lorsque la puissance est encore augmentée, le taux de dilution de la couche de gainage est trop important, entraînant une réduction de ses performances.
3. Avec l'augmentation de la température de préchauffage, la rupture par fissure dans la couche de revêtement diminue progressivement. Lorsque la température de préchauffage est de 270 degrés, seul un petit nombre de fissures reste dans la couche de revêtement, mais une température de préchauffage trop élevée détruira les performances du substrat et de la couche de revêtement, donc aucun préchauffage à température plus élevée n'est effectué.
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