金属学报  2012, Vol. 48 Issue (2): 142-147    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00591

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低碳钢表面激光直接镀Ti层中裂纹形成的研究

许恒栋1,赵海燕1,S¨orn Ocylok2, Igor Kelbassa 2

1. 清华大学机械工程系, 北京100084 2.Fraunhofer Institute of Laser Technology, Aachen, Germany 52074

STUDY ON CRACKS IN LASER DIRECT–CLADDED TITANIUM LAYER ON LOW CARBON STEEL

XU Hengdong 1, ZHAO Haiyan1,S¨orn Ocylok2, Igor Kelbassa2

1.Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084 2.Fraunhofer Institute of Laser Technology, Aachen, Germany, 52074

许恒栋 赵海燕 S¨orn Ocylok Igor Kelbassa. 低碳钢表面激光直接镀Ti层中裂纹形成的研究[J]. 金属学报, 2012, 48(2): 142-147.
, . STUDY ON CRACKS IN LASER DIRECT–CLADDED TITANIUM LAYER ON LOW CARBON STEEL[J]. Acta Metall Sin, 2012, 48(2): 142-147.

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(844 KB)   摘要: 在不添加中间层的基础上, 通过调控激光熔覆工艺在低碳钢表面获得均匀、无裂纹、Ti含量超过99\%的镀Ti层, 并采用数值方法模拟激光熔覆过程,分析了镀Ti层内的温度场和应变场. 结合实验和模拟结果、相图和EDS分析,发现熔覆过程中镀Ti层和基体间形成可能由TiFe、共晶金属间化合物(TiFe+β-Ti)和少量α-Ti组成的界面层, 该界面层具有本征脆性, 极易形成裂纹, 且此裂纹无法消除; 镀Ti层内裂纹产生的根本原因是在脆性温度区内产生的拉伸应变超过了金属的临界塑形. 可通过减少线能量而减少裂纹驱动力, 从而消除镀Ti层内的裂纹, 获得均匀、无裂纹的镀Ti层. 关键词 ： 低碳钢,  镀Ti,   ,  激光熔敷,  裂纹,  有限元分析,  应变分析     Abstract：By adjusting laser power and nozzle speed in laser cladding technology, crack–free titanium layer with even thickness and titanium mass percentage over 99%, was obtained on the substrate of low carbon steel without any intermediate layer when heat input was between 12—20 J/mm. The temperature field and the mechanical strain were simulated. Together with phase diagram and EDS, it was found that an interface zone, consisted of TiFe, (TiFe+β–Ti) eutectic compound and α–Ti, was formed between the titanium layer and the substrate. The interface zone is brittle and cracks occur in it. In titanium layer crack also occur if the mechanical strain exceeds the critical plasticity of metal. By reducing heat input, the mechanical strain decreases, thus a crack–free titanium layer with even thickness can be obtained. Key words： low carbon steel    clading Ti    laser cladding    crack    finite element analysis    strain analysis 收稿日期: 2011-09-20      基金资助: 国家自然科学基金项目50505019, 50935008和50975268, 教育部新世纪优秀人才项目NCET-07-0503及浙江省科技计划项目2009C21019资助 作者简介: 许恒栋, 男, 1986年生, 硕士生 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 许恒栋 赵海燕 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.3724/SP.J.1037.2011.00591      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2012/V48/I2/142 [1] Draugelates U, Bouaifi B, Wesling V. Mater Corros, 1992; 43: 166 [2] Draugelates U, Bouaifi B, Steinberg H. Mater Corros, 1993; 44: 269 [3] Steinberg H. PhD Thesis, Technology University of Clausthal, Clausthal, 1996 [4] Chen Z K, Liu M, Zeng D C, Ma W Y. Laser J, 2009; 30: 55 (陈志坤, 刘敏, 曾德长, 马文有. 激光杂志, 2009; 30: 55) [5] Chen H, Pan C X, Pan L, Tao X L. Heat Treat Met, 2002; 27: 5 (陈浩, 潘春旭, 潘邻, 陶锡麒. 金属热处理, 2002; 27: 5) [6] Ghosh M, Chatterjee S. Mater Sci Eng, 2003; A358: 152 [7] Kato H, Abe S, Tomizawa T. J Mater Sci, 1997; 32: 5225 [8] Aleman B, Guitterrez I, Urcola J J. Mater Sci Technol, 1993; 36: 509 [9] Ghosh M, Kundu S, Chatterjee S, Mishra B. Mater Trans, 2005; 36A: 1891 [10] Kundu S, Chatterjee S. Mater Sci Eng, 2006; A425: 107 [11] Changqing A, Zangpeng J. J Less Common Mater, 1990; 162: 315 [12] Kundu S, Ghosh M, Laik A, Bhammurthy K, Kale G B, Chatterjee S. Mater Sci Eng, 2005; A407: 154 [13] Kamat G R. Weld J, 1988; 67: 44 [14] Tang R Z, Tian R Z. Binary Alloy Phase Diagram and Crystal Structure of Intermediate Phase. Changsha: Center South University Press, 2009: 551 (唐仁政, 田荣璋 编. 二元合金相图及中间相晶体结构. 长沙: 中南大学出版社,2009: 551) [15] Li W, Zhang R L. J Changchun Univ, 1999; 9: 12 (李文, 张瑞林, 长春大学学报, 1999; 9: 12) [16] Jiang S Y, Li S C. Rare Met Mater Eng, 2011; 40: 36 (蒋淑英, 李世春, 稀有金属材料与工程, 2011; 40: 36) [17] Practical Handbook of Engineering Materials Editorial Board. Practical Handbook of Engineering Materials. 2nd Ed., Beijing: Standards Press of China, 2002: 8 (工程材料实用手册编委会. 工程材料实用手册(第2版). 北京: 中国标准出版社, 2002: 8) [18] Shi C X, Li H D, Zhou L. Handbook of Materials Science and Engineering. Beijing: Chemical Industry Press, 2004: 1 (师昌绪, 李恒德, 周廉. 材料科学与工程手册. 北京: 化学工业出版社, 2004: 1) [19] Zhu X K, Chao Y J. Comput Struct, 2002; 80: 967 [20] Zhou Z F, Zhang W Y. Welding Metallurgy and Metal Welding Characteristics. 2nd Ed., Beijing: Mechanical Industry Press, 1988: 196 (周振丰, 张文钺 合编, 焊接冶金与金属焊接性(第2版). 北京: 机械工业出版社, 1988: 196) [1] 卢楠楠, 郭以沫, 杨树林, 梁静静, 周亦胄, 孙晓峰, 李金国. 激光增材修复单晶高温合金的热裂纹形成机制[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1243-1252. [2] 江河, 佴启亮, 徐超, 赵晓, 姚志浩, 董建新. 镍基高温合金疲劳裂纹急速扩展敏感温度及成因[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1190-1200. [3] 穆亚航, 张雪, 陈梓名, 孙晓峰, 梁静静, 李金国, 周亦胄. 基于热力学计算与机器学习的增材制造镍基高温合金裂纹敏感性预测模型[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1075-1086. [4] 李小涵, 曹公望, 郭明晓, 彭云超, 马凯军, 王振尧. 低碳钢Q235、管线钢L415和压力容器钢16MnNi在湛江高湿高辐照海洋工业大气环境下的初期腐蚀行为[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 884-892. [5] 韩卫忠, 卢岩, 张雨衡. 体心立方金属韧脆转变机制研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(3): 335-348. [6] 杨杜, 白琴, 胡悦, 张勇, 李志军, 蒋力, 夏爽, 周邦新. GH3535合金中晶界特征对碲致脆性开裂影响的分形分析[J]. 金属学报, 2023, 59(2): 248-256. [7] 常立涛. 压水堆主回路高温水中奥氏体不锈钢加工表面的腐蚀与应力腐蚀裂纹萌生：研究进展及展望[J]. 金属学报, 2023, 59(2): 191-204. [8] 彭治强, 柳前, 郭东伟, 曾子航, 曹江海, 侯自兵. 基于大数据挖掘的连铸结晶器传热独立变化规律[J]. 金属学报, 2023, 59(10): 1389-1400. [9] 戚钊, 王斌, 张鹏, 刘睿, 张振军, 张哲峰. 应力比对含缺陷选区激光熔化TC4合金稳态疲劳裂纹扩展速率的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(10): 1411-1418. [10] 祝国梁, 孔德成, 周文哲, 贺戬, 董安平, 疏达, 孙宝德. 选区激光熔化 γ' 相强化镍基高温合金裂纹形成机理与抗裂纹设计研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(1): 16-30. [11] 周红伟, 高建兵, 沈加明, 赵伟, 白凤梅, 何宜柱. 高温低周疲劳下C-HRA-5奥氏体耐热钢中孪晶界演变[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1013-1023. [12] 杨秦政, 杨晓光, 黄渭清, 石多奇. 粉末高温合金FGH4096的疲劳小裂纹扩展行为[J]. 金属学报, 2022, 58(5): 683-694. [13] 余春, 徐济进, 魏啸, 陆皓. 核级镍基合金焊接材料失塑裂纹研究现状[J]. 金属学报, 2022, 58(4): 529-540. [14] 李细锋, 李天乐, 安大勇, 吴会平, 陈劼实, 陈军. 钛合金及其扩散焊疲劳特性研究进展[J]. 金属学报, 2022, 58(4): 473-485. [15] 郭昊函, 杨杰, 刘芳, 卢荣生. GH4169合金拘束相关的疲劳裂纹萌生寿命[J]. 金属学报, 2022, 58(12): 1633-1644. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed