激光表面熔凝處理對鑄造Al-Si合金的表層組織及疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響.pdf

1、激光表面熔凝處理是一項(xiàng)全新的材料表面改性技術(shù)，越來越受到了人們的廣泛關(guān)注。由于鑄造鋁硅合金具有鑄造性能好、熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，它在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。共晶ZL108合金是目前國內(nèi)廣泛使用的活塞材料。過共晶鋁硅合金因具有更為優(yōu)越的耐磨性和高硬度而受到重視，正在成為一種制造發(fā)動機(jī)活塞的新的理想材料。本文作者通過對共晶和Al-20﹪Si過共晶鋁硅鑄造合金進(jìn)行激光表面熔凝處理，研究了該表面改性技術(shù)對這兩種合金的表層組織及疲勞裂紋擴(kuò)

2、展行為的影響。主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作。 選取輸出功率、掃描速度和離焦量作為激光表面熔凝處理的工藝參數(shù)，通過采用不同的工藝參數(shù)對共晶ZL108合金和Al-20﹪Si過共晶鋁硅合金進(jìn)行激光表面熔凝處理，探討了三個(gè)因素對兩種合金顯微組織的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在輸出功率和離焦量一定的情況下，對于ZL108合金，當(dāng)掃描速度不斷增大時(shí)，熔池的深度先是慢慢增加，而后減小；對于Al-20﹪Si過共晶合金，隨掃描速度的增加，熔池的深度逐

3、漸變小。保持掃描速度和離焦量不變，熔池的深度隨激光功率的增大呈現(xiàn)出增加的趨勢。在相同的輸出功率和掃描速度條件下，隨著離焦量的增加，熔凝層的深度逐漸減小。 通過對激光表面熔凝處理后合金熔凝層組織的觀察分析，發(fā)現(xiàn)熔凝層主要由三個(gè)具有不同組織特征的區(qū)域組成，由表及里分別為：表層熔凝區(qū)、過渡區(qū)、和基體區(qū)。無論哪種合金，在表層熔凝區(qū)內(nèi)，粗大的塊狀初晶硅被消除，同時(shí)共晶硅和α(Al)也得到明顯細(xì)化；在過渡區(qū)，枝晶的生長方向基本上垂直于熔凝層

4、與基體的交界面，有十分明顯的方向性，而且α(Al)枝晶的一次臂很長，二次臂很短。對于Al-20﹪Si過共晶合金，部分熔化的初晶硅對α(Al)枝晶的生長具有阻礙作用。在熔凝過程中，液態(tài)金屬中存在的過飽和氣體使得熔凝層的亞表面產(chǎn)生了少量氣孔。 對熔凝層的硬度進(jìn)行測量分析，結(jié)果表明，工藝參數(shù)對熔凝層的硬度有一定影響，隨掃描速度的增加，樣品的硬度逐漸變小。在掃描速度和離焦量不變時(shí)，硬度值隨著功率的增加呈現(xiàn)減小的趨勢。在相同的輸出功率和掃

5、描速度條件下，隨著離焦量的增加，硬度值的提高也呈現(xiàn)減小的趨勢。熔凝層組織的細(xì)化和過飽和固溶度的增大等因素導(dǎo)致了硬度的提高。對比研究了激光表面熔凝處理前后兩種合金的疲勞裂紋擴(kuò)展行為，結(jié)果顯示，無論應(yīng)力比R為0．1還是0．5，在相同的名義應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍作用下，經(jīng)激光表面熔凝處理的合金樣品，其疲勞裂紋擴(kuò)展速率明顯低于未經(jīng)處理的樣品，而且隨著疲勞裂紋擴(kuò)展速率的加快，二者的差別減小，最終趨于一致。脆性硅相的細(xì)化、快速凝固時(shí)造成的應(yīng)力場和過飽和度