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激光技术在金属加工中的应用

导读: 激光淬火技术,是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面,使其发生相变,形成马氏体淬硬层的过程。

  1.激光重熔45钢纳米晶镍镀层

  喷射电镀因其具有特殊传质方式,可以在相对简单的条件下获得各种纳米晶体材料,具有工艺简单、操作方便和成本低廉等优点,但用其制备的纳米晶体涂层与基体之间的结合为机械结合,极易从基体表面脱离。为了将喷射电镀镀层与基材之间的机械结合转换为冶金结合,并保持纳米晶尺寸,选用激光对镀层进行重熔处理,利用其能量密度高、材料逐点熔凝和凝固速度快等特点,获得具有良好质量的纳米晶镀层。采用激光重熔技术在45钢表面熔覆纳米晶镍镀层,研究重熔层的显微组织及性能。

  基体材料为45钢,试样尺寸为125mm×20mm×5mm。实验前,基体材料依次用500#、1000#和2000#金相砂纸打磨抛光后,经超声波清洗30min后用丙酮溶液分别对其进行去脂,酸洗、水洗处理。实验采用自行研制的喷射电镀装置,阳极为镍棒。在沉积槽内,阳极喷嘴竖直对准水平放置的阴极基体,喷嘴出口距离基体5mm左右。电解液在过滤泵的驱动下经喷嘴垂直喷射到基体上,电解液最后回流至镀液槽。电镀工艺参数为:电流密度70~140A/dm2,喷嘴口径5mm,电解液喷射速度1m/s,pH=4.0,温度50℃左右。电解液成分为:NiSO4·6H2O250g·L-1,NiCl2·6H2O60g·L-1,H3BO340g·L-1。

        2.20CrMnSi低合金钢激光焊接头性能

  20CrMnSi钢制汽车变速箱传动齿轮是由2个齿轮在过盈配合的情况下焊接而成,由于它为变速箱中的传动部件,要承载较大的扭矩、拉伸或者挤压,因而必须要具备高的强度、刚度、韧性、良好的耐疲劳性能,以保证其使用性能和寿命。传统方法是用TIG填丝焊接,但由于其加热区域比较大,热量不集中,焊接速度比较慢,高温停留时间长,所以作为焊接薄弱区域的热影响区比较大,晶粒长大倾向大,从而对其组织性能造成不利的影响。而激光焊由于具有热流密度集中、加热速度快、热影响区小、高温停留时间短的特点决定了其焊后晶粒比较细小,组织性能较好,热变形小,所以采用激光焊接方法进行试验研究,以期获得满足要求的焊接接头。

  试件材料为20CrMnSi钢,使用Rofindc030CO2激光焊接机焊接,氩气保护,其焊接参数见表1。用光学显微镜研究接头的微观组织。用HV-1000型显微硬度计测试焊接接头的显微硬度。

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