实验报告

1贵州大学实验报告学院：专业：班级：姓名学号实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称创新性实验——激光熔覆实验目的1).初步认识激光切割机，并了解其操作过程、原理及其应用。2).了解激光熔覆、激光切割的基本原理、作用及其应用领域。3).对表面添加有熔覆材料粉末的铁基、钴基进行激光熔覆，观察熔覆后试样的组织和性能，并用洛氏硬度计测量其硬度。同时对比试样实验以后的组织和性能，说明怎样通过激光熔覆更好的改善材料表面性能。实验要求一、按正确的程序进行实验，实验时通入激光器的气体要一定比例。二、在激光扫射的过程中，必须注意安全，尽量避免用眼睛直视火焰。三、镜片应轻轻擦拭，不可损坏表面镀膜；擦拭过程应轻拿轻放，防止跌落；聚焦镜安装时请务必保持凹面向下。四、在老师的指导下进行实验，并观察现象、分析结果。实验原理一．激光熔覆原理激光熔覆是一种新的表面改性技术，是激光热处理技术的一种。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。从而改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性，提高表面机械能。激光熔覆成套设备组成：激光器、冷却机组、送粉机构、加工工作台等。能产生激光的系统称为激光器。激光器的种类繁多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。激光器的选用：目前应用广泛的有CO2激光器，固体激光器。CO2激光器是应用最广、种类最多的一种激光器，在汽车工业、钢铁工业、造船工业、航空及宇航业、电机工业、机械工业、冶金工业、金属加工等领域广泛应用。约占全球工业激光器销售额40％，北美更高达70%。其特点为：21.功率高。CO2激光器是目前输出功率达到最高级区的激光器之一，其最大连续输出功率可达几十万瓦2.效率高。光电转换率可达30%以上，比其它加工用激光器的效率高得多。3.光束质量高。模式好，相干性好，线宽窄，工作稳定。传统的固体激光器通常采用高功率气体放电灯泵浦，其泵浦效率约为3%到6%。泵浦灯发射出的大量能量转化为热能，不仅造成固体激光器需采用笨重的冷却系统，而且大量热能会造成工作物质不可消除的热透镜效应，使光束质量变差。加之泵浦灯的寿命约为400小时，操作人员需花很多时间频繁地换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低。二．激光熔覆工艺、特点及其应用它是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光幅照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。其特点为：1、激光熔覆层与基体为冶金结合，结合强度不低于原本体强度的90%。2、基体材料在激光加工过程中表面微熔、基体热最响区极小。3、熔覆面层可采用具有耐磨，耐蚀和抗冲刷等性能的合金材料，使修复后的零件在安全和使用性能上更加有保障。其主要应用于两个方面：一，对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等；二，对产品的表面修复，如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90％以上，其修复费用不到重置价格的1／5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命；对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还可以降低2／3的制造成本，缩短4／5的制造周期。熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。其中，又以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。熔覆工艺：激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。3预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。此外它是一个复杂的物理、化学冶金过程,熔覆过程中的参数对熔覆件的质量有很大的影响。激光熔覆中的过程参数主要有激光功率、光斑直径、离焦量、送粉速度、扫描速度、熔池温度等,他们的对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有着很大影响。同时,各参数之间也相互影响,是一个非常复杂的过程。必须采用合适的控制方法将各种影响因素控制在溶覆工艺允许的范围内。实验仪器激光机SLCF-X15X60D，铁基试样，钴基试样实验步骤一、打开电源，预热激光切割机；按一定的比例通入CO2、.N2、Ar气体。二、用抛光膏擦拭反光镜和聚光镜，并安装好。三、根据要求聚焦激光光斑，宽带为16mm、窄带3mm的椭圆形光斑。四、将表面覆盖有涂覆层的铁基试样置于X、Y坐标为0的地方。五、让激光以一定速度扫过试样，同时观察现象。六、观察激光熔覆后的试样的组织及其性能，并用洛氏硬度计测量试验后试样的硬度，记录数据。七、分析实验结果。实验总结材料表面进行激光熔覆处理后，可以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能和机件的使用寿命。同时,还可以用于废品件的处理,大量节约加工成本。使得，为了获得更好的表面性能可在材料表面添加性能较好的熔覆材料粉末，再对其进行激光熔覆。光熔覆层横截面的组织观察结果表明，激光熔覆层组织分为三部分：熔覆层区、熔合区和热影响区。激光熔覆层组织的粗细：在相同的激光功率和扫描速度下，离焦量增加。激光加热区单位面积的能量输入降低，使熔池的过热度降低，使其冷却速度增加，因此结晶组织细化，当离焦量一定时．激光线能量增，熔覆层组织粗化，另外在钢表面进行澈光熔覆时；随着激光熔覆面能量和线能量的降低．熔覆层的组织得到细化；通过4选择光斑直径、激光功率和扫描速度可以得到所要求的熔覆屡宽度；采用多模激光熔覆．通过调节离焦量可以得到界丽熔合完整、熔覆质量良好的熔袒层。指导教师意见签名：年月日注：各学院可根据教学需要对以上栏木进行增减。表格内容可根据内容扩充。