Abstract
Dit artikel onderzoekt de scheuren en porositeitsdefecten die optreden bij het met hoge snelheid lasercladden van coatings van ijzerlegeringen op het oppervlak van hydraulische steunkolommen. Door de principes van metallurgisch stollen te combineren en energiedispersiespectroscopie (EDS) te gebruiken voor punt- en lijnscananalyse van de elementen van de coating, onderzoekt het onderzoek systematisch de oorzaken van deze defecten in termen van de samenstelling van het bekledingsmateriaal en procesparameters. De resultaten tonen aan dat de segregatie van B- en Si-elementen, het neerslaan van Cr-Mo-C-carbiden en het faseovergangsgedrag van de matrix de belangrijkste factoren zijn die scheuren en porositeit veroorzaken. Procesparameters zoals laservermogen, scansnelheid, poedertoevoersnelheid en het aantal claddinglagen kunnen de vorming van defecten verergeren als ze niet goed worden ingesteld. Dit onderzoek biedt een theoretische basis voor de industriële toepassing van hogesnelheidslasercladdingtechnologie op hydraulische draagvlakken.

Inleiding
Tijdens het gebruik worden hydraulische steunkolommen blootgesteld aan wisselende belastingen, wat leidt tot slijtage en corrosie aan het oppervlak. Hogesnelheidslasercladdingtechnologie is een effectieve methode geworden voor oppervlakteversterking en -reparatie vanwege de hoge efficiëntie, lage verdunningssnelheid en gelokaliseerde warmte-beïnvloede zone. Scheuren en porositeitsdefecten binnen de claddinglaag hebben echter ernstige gevolgen voor de prestaties van deze coatings en er is behoefte aan een systematische analyse van hun ontstaansmechanismen.

1. Analyse van scheurvorming
1.1 Materiële factoren

B en Si scheiding: Wanneer het B gehalte 0,5% overschrijdt, vormt het eutectische verbindingen met een laag smeltpunt met Ni en Si aan de korrelgrenzen, waardoor een vloeibare film ontstaat die de binding aan de korrelgrenzen verzwakt en zo het ontstaan en de verspreiding van scheuren bevordert.

Invloed van Si en Mn elementen: Si verhoogt de viscositeit van het smeltbad, wat de gasuitstoot belemmert, terwijl Mn de vorming van MnS insluitingen bevordert, die scheurbronnen worden.

Cr-Mo-C synergetisch effect: Cr en C vormen carbiden zoals Cr₂₃C₆ en Cr₇C₃, terwijl Mo Mo₂C vormt. Het neerslaan van deze carbiden leidt tot volumekrimp, die in combinatie met thermische spanning de restspanning verhoogt en scheurvorming veroorzaakt.

Faseovergang in 27SiMn Matrix: De transformatie van austeniet naar martensiet leidt tot volumetrische expansie en afschuifspanning, waardoor het risico op grensvlak delaminatie toeneemt.

1.2 Procesfactoren

Overmatig laservermogen: Een hoog laservermogen verhoogt de temperatuurgradiënt en concentreert de thermische stress.

Snelle scansnelheid: Een hoge scansnelheid verkort de stollingstijd en verhoogt de afkoelsnelheid, waardoor de spanningsconcentratie toeneemt.

Overmatig aantal bekledingslagen: Te veel bekledingslagen leiden tot cumulatieve spanning tussen de lagen die, wanneer ze de vloeigrens van het materiaal overschrijden, scheuren veroorzaakt.

2. Analyse van porositeitsvorming
2.1 Materiële factoren

Reactie van B met O: B reageert met zuurstof om vluchtig B₂O₃ te vormen, waardoor gasbellen in het smeltbad ontstaan.

Oxidatie van Mo: Mo oxideert om MoO₃ te vormen, dat fungeert als de kern voor de vorming van gasbellen.

Vorming van samengestelde insluitingen: Si reageert met C om SiC te vormen, terwijl SiO₂ samengestelde insluitingen creëert die de uitstoting van gasbellen belemmeren.

Mn Verdamping: Mn-verdamping veroorzaakt turbulentie in het smeltbad, waardoor gassen worden ingesloten en porositeit ontstaat.

Eutecten met een laag smeltpunt: De vorming van eutecten met een laag smeltpunt zoals SiO₂ en B₂O₃ houdt gas vast in het materiaal.

2.2 Procesfactoren

Instabiele gasstroom: Instabiele gastoevoer leidt tot slechte bescherming of turbulentie in het smeltbad.

Te hoge poedertoevoersnelheid: Te veel poedertoevoer kan klonteren veroorzaken, waardoor gasbellen worden ingesloten.

Verkeerde afstemming van laservermogen en scansnelheid: Als het laservermogen en de scansnelheid niet goed op elkaar zijn afgestemd, beïnvloedt dit de stroming van het smeltbad en de uitstoot van gassen.

3. Synergetische effecten van scheuren en porositeit
Poreusheid werkt als een spanningsconcentratiebron, waardoor de spanningsintensiteitsfactor bij de scheurtip toeneemt en de scheurgroei wordt versneld. Tijdens de scheurgroei adsorberen verse oppervlakken gas, wat de aggregatie en oxidatie van porositeit verder bevordert, wat leidt tot een complex schadenetwerk dat de vermoeiingslevensduur van het materiaal aanzienlijk vermindert.

4. Conclusie

Scheurvorming: Scheuren worden voornamelijk veroorzaakt door de segregatie van B en Si, carbideprecipitatie en faseovergangen in de matrix. Procesparameters beïnvloeden de thermische spanning en het stollingsgedrag.

Porositeit Formatie: Poreusheid is nauw verbonden met de vluchtigheid, oxidatie en het insluitgedrag van elementen zoals B, Mo, Si en Mn. Procesparameters bepalen de uitstoot van gassen.

Effectieve controlemaatregelen: Het controleren van de B en Si inhoud tot onder 0,5%, het optimaliseren van de Cr/Mo verhouding en het verhogen van de Ni inhoud kunnen defecten effectief onderdrukken.

Synergistisch Schademechanisme: Scheuren en porositeit vertonen een synergetisch schademechanisme, wat een allesomvattende aanpak vereist door het ontwerp van de materiaalsamenstelling en procesoptimalisatie.