激光熔覆修復(fù)層界面結(jié)合強度試驗方法 編制說明

1本項目是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會下達(dá)2023年第一批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃（國標(biāo)委發(fā)【2023】10號文），計劃編號20230097-T-604，項目名稱“激光熔覆修復(fù)層界面結(jié)合強度試驗方法”進(jìn)行制定。主要起草單位：沈陽工業(yè)大學(xué)，沈起草（草案、調(diào)研）階段：計劃下達(dá)后，2023年4月初標(biāo)委會組織各起草多次研討和認(rèn)真修改。于2024年2月22的表示和判定、GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗術(shù)語、GB/T16825.1靜力GB/T29795激光修復(fù)技術(shù)術(shù)語和定義、GB/T29796激光修復(fù)通用技術(shù)規(guī)范、3備、試樣夾具、試驗要求、試驗結(jié)果和試驗報告等。主要技術(shù)內(nèi)容包括1）夾具和試樣的夾持方法等要求2）試驗設(shè)備：規(guī)定了試驗設(shè)備的準(zhǔn)確度、拉伸試驗夾持裝置的同軸度等要求3）試驗參數(shù)：試驗溫度、試驗力零點、加載速度等試驗參數(shù)選取4）結(jié)果與計算：界面結(jié)合強度檢測及計算方法等。（1）解決了我國激光熔覆修復(fù)行業(yè)因沒有激光熔覆修復(fù)層界面結(jié)合強度試試方法混亂、測試結(jié)果偏差值較大以及測試結(jié)果與實際（2）規(guī)定了激光熔覆修復(fù)層厚度、試樣形狀及尺寸、試樣取樣方式、夾具（3）規(guī)定了測試儀器設(shè)備精度等，避免因儀器設(shè)備精度不足影響測試結(jié)果（4）規(guī)定了試驗溫度、試驗力零點、加載速度等主要試驗參數(shù)范圍和推薦4安全性提供指導(dǎo)，為推動激光熔覆修復(fù)技術(shù)旨在減小測定應(yīng)變速率敏感參數(shù)時試驗速率的變化和減小試驗結(jié)果的測量不確5應(yīng)計算原始表面、原始表面以下0.15mm和0.30mm每組平行試樣界面結(jié)的缺口T形試樣及具有同軸度的夾具在萬能拉伸試驗機上進(jìn)行軸向拉伸試驗，確保T形試樣在界面的缺口處斷裂，將拉伸試驗得到的結(jié)果用來表示激光熔覆修復(fù)層T形試樣的界面結(jié)合強度。本試驗使用激光熔覆修復(fù)技術(shù)通過改變激光合金涂層的宏觀形貌。圖5為不同激光功率下激光熔覆鐵基合金鋼多道搭接宏觀面約在基體的原始表面處；隨著輸出功率的提高（圖1b和c），熔池深度增加，約在原始表面以下0.15mm處；當(dāng)輸出功率達(dá)到2200W時（圖1d），熔池深度最大，約在原始表面以下0.3mm處。根據(jù)圖2、圖3和圖4激光熔覆鈷基合金、鈦基表面、原始表面以下0.15mm和0.30mm處開缺口，切取試樣時應(yīng)距離修復(fù)層邊編號等。原始表面、原始表面以下0.15mm和0.30mm處開缺口的平行試樣每組數(shù)量應(yīng)不少于3個。基于以上試驗，樣取樣方式及激光熔覆修復(fù)層界面結(jié)合強度6a1600Wb1800Wc2000Wd2200W圖1不同激光功率下激光熔覆鐵基合金鋼宏觀形貌a1000Wb1200W圖2激光熔覆鈷基合金宏觀形貌7圖3激光熔覆鈦合金宏觀形貌aFeCoCrAlCuNiMo0bFeCoCrAlCuNiMo0.5cFeCoCrAlCuNiMo1圖4激光熔覆高熵合金宏觀形貌a1600Wb1800W8c2000Wd2200W圖5不同激光功率下激光熔覆鐵基合金鋼多道搭接宏觀形貌圖6試樣取樣位置示意圖9圖7激光熔覆修復(fù)層界面結(jié)合強度測試試樣尺寸（1）采用激光熔覆技術(shù)在Q345基板上通過往復(fù)式掃描的方法制備多層織及界面結(jié)合強度的影響。優(yōu)化界面結(jié)合強度T形樣品，探究缺口形狀及缺口（2）采用激光熔覆技術(shù)在Q345基板上通過往復(fù)式掃描的方法制備多層（3）采用激光熔覆技術(shù)在316不銹鋼基板上通過圖8試驗驗證技術(shù)路線時，缺口在原始表面的T形試樣具有較高的抗拉強度，這是因為適當(dāng)?shù)募す夤τ蓤D9b可以看出T形試樣在彈性變形階段的曲線相似，在峰值荷載之前，MPa為零界面的92%，抗拉強度的降低與隨著界面距離的增加合金元素的互擴a缺口位于原始表面b缺口位于0.15mm及0.3mm原始表面以下圖9不同類型T形試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表2九種T形試樣的應(yīng)力統(tǒng)計結(jié)果試樣原始表面/MPa0.15mm原始表面/MPa0.3mm原始表面/MPa2000W603±8576±9491±92200W637±2595±7589±82400W625±5550±7545±3表3九種T形試樣的應(yīng)變統(tǒng)計結(jié)果試樣原始表面/%0.15mm原始表面/%0.3mm原始表面/%2000W2200W20±12400W圖10a為三種激光功率下制備的缺口位于原始表面的T型試樣的應(yīng)力-應(yīng)變a缺口位于原始表面的T形試樣b缺口位于0.15mm及0.3mm原始表面以下的T形試樣圖10不同類型的T形試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表4九種T形試樣的應(yīng)力統(tǒng)計結(jié)果0.15mm原始表面試樣原始表面/MPa/MPa0.3mm原始表面/MPa2000W873±8799±6737±82200W908±5807±3799±92400W834±9739±6796±5表5九種T形試樣的應(yīng)變統(tǒng)計結(jié)果試樣原始表面/%0.15mm原始表面/%0.3mm原始表面/%2000W38±135±139±12200W45±144±137±22400W34±234±234±1解理面和大量氣孔，這些氣孔會加速裂紋的擴展。這就是圖1解理面和淺韌窩組成。斷裂分析表明，界面經(jīng)歷了微孔聚結(jié)斷裂的脆性-韌性轉(zhuǎn)a2000Wd2000Wb2200We2200Wc2400Wf2400W圖11不同激光功率下制備的試樣宏觀以及微觀斷口形貌通過結(jié)合不同激光功率下制備的T形試樣斷口形貌以及顯微組織的分析，建立了T形試樣的微觀斷裂機理圖，其原理如圖12所示。圖中象征的描述了裂圖12T型試樣的微觀斷裂機理W時制備出來的缺口在原始表面的T形試樣相比具有較低的應(yīng)變值，這表明強a缺口位于原始表面的T形試樣b缺口在0.15mm及0.3mm原始表面的T形試樣圖13不同類型的T形試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表6九種T形試樣的應(yīng)力統(tǒng)計結(jié)果試樣零界面/MPa0.15mm界面/MPa0.3mm界面/MPa試樣8816±6714±9688±9試樣9869±7764±3733±9824±9778±6732±4表7九種T形試樣的應(yīng)變統(tǒng)計結(jié)果試樣零界面/%0.15mm界面/%0.3mm界面/%試樣842±128±235±1試樣946±241±129±140±141±130±20.3mm原始表面處的試樣具有較高的界面結(jié)合強度，規(guī)律為隨著距界面距離的增加界面結(jié)合強度逐漸減小。在同等工藝參數(shù)的情的試樣舉例，缺口位于0.15mm原始表面以下的T形試樣結(jié)合強度比缺口在原合強度比缺口位于原始表面處的T形試樣約減少了18%。經(jīng)過分析可知，這是光熔覆制備的涂層來說基體處的晶粒較粗晶界數(shù)目較少，具有較低的強度與韌口的中間部分有兩道較為平行的直線，經(jīng)過測量得到兩條線之間的距離約為2樣迅速斷裂。因此，顯微缺陷的存在對T形缺口試樣的界面結(jié)合強度有著消極a2000Wd2000Wb2200We2200Wc2400Wf2400W圖14不同激光功率下制備的試樣宏觀以及微觀斷口形貌的斷裂位置。應(yīng)計算原始表面、原始表面以下0.15mm