无惰性气体保护条件下Fe901粉末重复使用熔覆修复40Cr材料力学性能研究

【作者】 张连重； 李涤尘； 崔滨； 张安峰； 谢瑞东；

【机构】 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室；

【摘要】 研究了无惰性气体保护条件下Fe901粉末重复使用3次熔覆修复40Cr材料的力学性能,对Fe901粉末进行重复熔覆使用方法为:新粉用过一次后进行筛粉后再次熔覆使用,第二次使用后再次进行筛粉后熔覆使用,研究连续使用三次Fe901粉末修复40Cr材料的力学性能,采用激光功率164W对成形试样前5层进行成形,然后功率降低到1 12W在退火40Cr棒材端面进行熔覆修复堆积,采用高纯氮气进行送粉,通过观察修复试样结合界面处和熔覆层部分的表面,得知结合面良好、试样表面无裂纹等缺陷。对于熔覆修复式样进行机械加工,加工成标准拉伸式样并进行室温条件下的拉伸实验,发现断裂处均为近界面或界面熔覆层处,且断裂前试样并未发生颈缩现象,可见近界面处是修复的薄弱环节。Fe901粉末连续重复使用3次,平均抗拉强度为1011、994、948MPa,第一次旧粉修复试样抗拉强度相对于新粉修复试样抗拉强度下降1.68%,第二次旧粉修复试样抗拉强度相对于新粉修复试样抗拉强度下降6.23%,抗拉强度随着粉末重复使用次数增加呈下降趋势,同时随着粉末重复使用次数增加,修复试样的平均抗拉强度波动范围增大,但其修复试样与基材相比,抗拉强度均大于基材抗拉强度的90%,对熔覆层微观组织进行观察,发现熔覆层存在夹渣等杂质,且随着粉末重复使用次数增加,熔覆层夹渣等杂质增加。对熔覆层进行显微硬度测试,发现新粉成形硬度值在720-740MPa之间波动,旧粉第一次成形硬度值也在720-740MPa之间波动,但第二次旧粉修复使用的熔覆层硬度值在720-770MPa之间波动,粉末使用次数越多,熔覆层硬度值波动越大。对熔覆层氮氧含量研究发现,Fe901粉末重复熔覆修复使用,其熔覆修复式样熔覆层氧含量变化不大,但其熔覆层氧含量相比Fe901新粉粉末氧含量不但没有出现上升,而且出现了下降现象,其原因是Fe901粉末中含有一定量的Si、B等脱氧元素元素,熔覆过程中大气中及粉末自身的氧元素与Si、B等脱氧元素发生反应,生成氧化物飞溅出熔池,因此熔覆层含氧量相比粉末含氧量出现降低;而氮元素本身在铁元素中的溶解度就较低,所以Fe901粉末随着重复使用次数增加,熔覆层中的氮含量波动不大。无惰性气体保护情况下,Fe90 1粉末连续使用3次可满足40Cr材料零件应急条件下的修复需求。更多还原