既 然激 光熔覆 后过大的熔覆层 内应力是裂纹产生 的根 源 , 那 么如何 在 内应力 导致裂纹形 成之 前消 除在凝 固过程 中产 生的 内应 力才是彻底 解决 裂纹 问题 的关键 。要想 及时消除裂 纹 , 主要 有 以下 三种思路 。 3. 1通过减小温度梯度来减少激光熔覆开裂倾 向 退 火 、 回火等是通过将加工后的工件 回炉 并在一定 温度 下保温若干时间的方式, 对工件进行后热处理以释放工件中 的残余应力, 降低硬度和强度, 提高塑性和韧性, 使工件获得 良好的综合力学性能。激光熔覆产生的应力也可以用热处 理 的方式得 以释放 。一 方面 , 通过热 处理能 够缓解应 力 , 提 高材料 的强 韧性 , 使材 料 获得 良好 的综合 力学性 能 , 减少 开 裂的倾 向。另一 方面 , 一些 材料 在急冷 过程 中 , 材料 内部 元 素 问的相互作用 被抑 制 , 热处理能够给元素 间的相互运 动提 供 能量 , 使其以某种硬 质相或 化合物 的形式 再 次析 出, 从 而 使热处理后 材料 塑性改 善的 同时 , 硬度也 得 到加强 , 抑制 了 裂纹的产生 , 可获得 良好的强韧性 1 ” j。 但激光熔覆与普通热处理存在不同之处。激光熔覆后, 熔覆层 的凝 固是 一个极 快 的过程 。应 力从产 生到集 中 以至 引致材料开 裂形 成裂纹的过程也是非 常快 , 甚 至根本来不 及 等工件全 部熔覆完 成 , 工件就 已经开裂 。这 时 , 即使把工 件 拿到退火炉中热 处理 , 也 只能消除还未达 到材料屈服强度 的 应力 , 而不能对大 量 已导致裂 纹的 内应力 产生影 响。凶此 , 如果要 发挥 热处理对 改善熔 覆层 质量 和防治 或消 除裂纹 产 生的作用 , 就需要把热 处理 过程提 前 , 使热处 理贯 穿整个 激 光熔覆过程 , 并且持续到激光熔 覆后 的一 段时 问。这类 热处 理称为过程热处 理。要实现这 种热 处理模式 , 可有 以下 三种 的加热方式。 ( 1)采用激光加工 专用电阻保温 炉 根据加工工件的不同 , 设计使用专用 的电阻保温炉 进行 激光熔覆全过程加热保温, 使工件始终处在一个较高温度条 件 F 连贯进行的熔覆前 热处 理 、 激光熔 覆和熔 覆后 热处理 。 这时工件是在一定温度下进行激光熔覆 , 激 光熔覆后熔 覆层 温度梯度减小 , 热应力减小 。激光熔覆后熔 覆材料也是 在较 高保温温度下发生相变 , 其 晶粒 和相变 可以在一定程 度上再 组织, 从而释放大量积蓄的组织应力 ; 同时, 约束应力也可以 不断从外界吸收能量得以缓解 , 使得熔覆 后熔覆层 中的应力 大大 减少 , 减 少熔覆层 开裂 的倾 向。但 是 , 这种 电阻保 温炉 要在一段时间和激光加工同时工作, 即在保温的情况下对工 件进行激光加工, 它给激光加工操作和保温炉的设计带来 _ r 定 的难度 , 所以必需根据 不同的工件 专门设计制作 激光加 工 专用保温炉 。 (2)采用遥感红外线辐照的方式对工件进行加热 为了避免专用保温炉在设计和操作上 的困难 , 可采用遥 感红外线辐照工件 表面 的方法 , 对工 件进行 加热 , 这种 方法 精度较低 , 只适用 于较 小较 薄工件 , 适用 于在试验 阶段使 用 , 不适 合工业生产 。 (3)采用火焰喷枪加热和保温棉 裹覆增加热容 的方法对 工件进行加热 该种方法设备 简单 、 但操作复杂 , 温度 无法控制 , 工件适 用条件有 限 , 只能做定性试验。 3. 2通过往熔覆材料 巾添加增韧 、 增塑元 素的方法 , 米控 制 裂纹的产 生 由于裂纹是 因应 力作用 而产生 的。激光熔 覆 的快 速熔 凝能够使熔覆层表面获得较高的强度和硬度, 以及细密的晶 粒和非晶。但是 , 它也 会使熔 覆层 材料 的韧性 和塑性 变差 , 导致应力更易集中而产 生裂纹 。因此 , 加入可增 强韧性和 塑 性的材料元素, 将使熔覆层的韧性和塑性得到改善, 既让一 部分应力得到缓解 和释放 , 也可生 成硬 质相阻 止应 力集 中, 从 而减小熔覆层开裂的倾 向。 Mo有较强的细化晶粒 、 增强韧性、 捉高塑性的作用 清波等L1 4)在 45 号钢表面进行 镍基合金 粉添加 Mo 的熔覆试 验表明 , 通过对激 光熔覆工艺参数和 Mo含量的优选 , 获得 了 成形 良好 、 无 裂纹 、 组织致密的熔 覆层 。 有 较大的热容, 当添加 纳米级 Ab 末l 1 可 以形成深 位热 点 , 补充激 光热 量迅 速 消耗而带 来 的 一王 的熔 覆粉 热量 的不 足 , 从 而 减 少裂 纹 和 改 善组 织 :另 一 方 面, 利 用 Al2()3 陶瓷颗粒 的钉扎 和弥散 作用 , 可 以减 少涂层任 组织 生 长过程 中的“穿 晶”现象 , 改善组织 和涂层质量 .co基合金具有 较好 的高 温显 微组 织与性 能稳 定性 , 往 往用来和 WC 搭 配组成 粉末来 发挥其优 异性能 , 广泛 的应 用 在各种耐磨耐高温的 件 卜¨ Mg0 具有较强的导热 能 力 , 在凝 固过 程 中会快速 冷却 , 能够细化组织, 减小开裂倾向。同时, Mg0 具有高温稳定性, 起到了弥散强化作 用。晁明举 等l j在 Ni 基 WC 金属 陶瓷熔 覆层 巾加 入适 量的 Mg0 , 裂纹大大减少 。显微组 织得到 明显 细化 , 提高 了熔覆层 的耐磨性能 。 V 0 对激 光 熔 覆裂 纹 也 有 明 等 】 9 研究 了加入适 量的 v , 对激 光熔 覆 NiCrBSi 粉 末 的影 响 , 发现 V2()5能够减少脆性 相和细化组织 , 明显 降低 裂纹 的 敏感性 : 稀土元素及其氧化物的加入也可以细化晶粒, 捉高熔体 的流动性 , 降低熔池 的表 面张力 , 改 善熔覆 层的 表 面粗糙 状 况, 优化组织和提高性能。