Absztrakt
Ez a tanulmány a hidraulikus tartóoszlopok felületén lévő vasalapú ötvözetbevonatok nagysebességű lézeres plattírozása során előforduló repedéseket és porozitási hibákat vizsgálja. A kohászati ​​szilárdítás elveinek kombinálásával és a bevonat elemeinek pont- és vonalas pásztázásos elemzéséhez energiadiszperzív spektroszkópiával (EDS) végzett vizsgálattal a tanulmány szisztematikusan feltárja ezen hibák okait a plattírozó anyag összetétele és a folyamatparaméterek szempontjából. Az eredmények azt mutatják, hogy a B és Si elemek szétválása, a Cr-Mo-C karbidok kicsapódása, valamint a mátrix fázisátmeneti viselkedése a repedések és porozitás kialakulásának elsődleges tényezői. Az olyan folyamatparaméterek, mint a lézerteljesítmény, a pásztázási sebesség, a por adagolási sebessége és a plattírozó rétegek száma, súlyosbíthatják a hibák kialakulását, ha nem megfelelően vannak beállítva. Ez a tanulmány elméleti alapot nyújt a nagysebességű lézeres plattírozási technológia ipari alkalmazásához hidraulikus tartófelületeken.

Bevezetés
Működés közben a hidraulikus tartóoszlopok váltakozó terhelésnek vannak kitéve, ami kopáshoz és korrózióhoz vezet a felületen. A nagysebességű lézeres plattírozási technológia hatékony módszerré vált a felület megerősítésére és javítására a nagy hatékonyság, az alacsony hígítási arány és a lokalizált hőhatásövezet miatt. A plattírozó rétegen belüli repedések és porozitási hibák azonban komolyan befolyásolják ezen bevonatok üzemi teljesítményét, és szükség van kialakulási mechanizmusaik szisztematikus elemzésére.

1. Repedésképződés elemzése
1.1 Anyagi tényezők

B és Si szegregációAmikor a B-tartalom meghaladja a 0.5%-ot, alacsony olvadáspontú eutektikumokat képez a Ni-vel és Si-vel a szemcsehatárokon, folyékony filmet hozva létre, amely gyengíti a kötést a szemcsehatárokon, ezáltal elősegítve a repedések kialakulását és terjedését.

A Si és Mn elemek hatásaA Si növeli az olvadék viszkozitását, akadályozva a gázkilépést, míg a Mn elősegíti az MnS zárványok képződését, amelyek repedésforrássá válnak.

Cr-Mo-C szinergikus hatásA Cr és a C karbidokat alkot, mint például a Cr₂₃C₆ és a Cr₇C₃, míg a Mo Mo₂C-t alkot. Ezen karbidok kiválása térfogati zsugorodást okoz, ami a hőfeszültséggel kombinálva növeli a maradék feszültséget és repedést okoz.

Fázisátmenet 27SiMn mátrixbanAz ausztenit martenzitté alakulása térfogati táguláshoz és nyírófeszültséghez vezet, ami növeli a határfelület delaminációjának kockázatát.

1.2 Folyamattényezők

Túlzott lézerteljesítményA nagy lézerteljesítmény növeli a hőmérsékleti gradienst, koncentrálva a hőfeszültséget.

Gyors szkennelési sebességA nagy szkennelési sebesség csökkenti a dermedés idejét és növeli a hűtési sebességet, ami fokozott feszültségkoncentrációhoz vezet.

Túl sok burkolórétegA túl sok burkolóréteg kumulatív rétegközi feszültséget eredményez, amely az anyag folyáshatárának túllépése esetén repedéseket okoz.

2. Porozitásképződés elemzése
2.1 Anyagi tényezők

B reakciója O-valA B oxigénnel reagálva illékony B₂O₃-t képez, ami gázbuborékokat hoz létre az olvadékmedencében.

Mo oxidációjaA Mo oxidálódik, MoO₃-t képezve, amely a gázbuborékok képződésének magjaként működik.

Kompozit zárványok képződéseA Si reagál a C-vel, SiC-t képezve, míg a SiO₂ összetett zárványokat hoz létre, amelyek megakadályozzák a gázbuborékok kiűzését.

Mn párolgásAz Mn párolgása turbulenciát okoz az olvadékmedencében, csapdába ejti a gázokat és porozitást okoz.

Alacsony olvadáspontú eutektikaAz alacsony olvadáspontú eutektikumok, például a SiO₂ és a B₂O₃ képződése megköti a gázt az anyagban.

2.2 Folyamattényezők

Instabil gázáramlásAz instabil gázadagolás gyenge védelemhez vagy turbulenciához vezet az olvadékmedencében.

Túlzott porbetáplálási sebességA túl sok por adagolása csomósodást okozhat, ami gázbuborékok csapdájába eshet.

A lézerteljesítmény és a szkennelési sebesség eltéréseHa a lézer teljesítménye és a szkennelési sebesség nincs megfelelően összehangolva, az befolyásolja az olvadékfürdő áramlását és a gázok kiáramlását.

3. Repedések és porozitás szinergikus hatásai
A porozitás feszültségkoncentrációs forrásként működik, növeli a feszültségintenzitási tényezőt a repedéscsúcson és felgyorsítja a repedésterjedést. A repedésterjedés során az új felületek adszorbeálják a gázt, tovább elősegítve a porozitás aggregációját és oxidációját, ami egy komplex károsodási hálózathoz vezet, ami jelentősen csökkenti az anyag kifáradási élettartamát.

4. Következtetés

RepedésképződésA repedéseket elsősorban a B és a Si szétválása, a karbid kiválása és a mátrix fázisátmenetei okozzák. A folyamatparaméterek befolyásolják a hőfeszültséget és a szilárdulási viselkedést.

Porozitás kialakulásaA porozitás szorosan összefügg az olyan elemek, mint a B, Mo, Si és Mn illékonyságával, oxidációjával és zárványviselkedésével. A folyamatparaméterek szabályozzák a gázok eltávolítását.

Hatékony ellenőrzési intézkedésekA B- és Si-tartalom 0.5% alatti szabályozása, a Cr/Mo arány optimalizálása és a Ni-tartalom növelése hatékonyan csökkentheti a hibákat.

Szinergikus károsodási mechanizmusA repedések és a porozitás szinergikus károsodási mechanizmust mutatnak, ami átfogó megközelítést igényel az anyagösszetétel-tervezés és a folyamatoptimalizálás révén.