第35卷第7期 中国激光 Vol 35. No. 7 2008年7月 CHINESE JOU RNAL OF LASERS Jly,2008 文章编号:02587025(2008)07108304 激光熔注法制备wC颗粒增强金属基复合材料层 刘德健陈彦宾李福泉李俐群 (哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,黑龙江哈尔滨15001 摘要采用激光熔注(LMD技术在Q235钢表面制备WC颗粒增强的金属基复合材料(MMC)层。在激光熔注工 艺特性和熔注层宏观特征分析的基础上,采用Ⅹ射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对激光熔注层微观组织结构进 行了分析。结果表明,WC颗粒注入到熔池的整个深度和宽度范围内,并且在熔注层中的分布比较均匀。WC颗粒 的加入改变了熔池的化学成分,熔注层中出现了新相Fe3W3C。在熔注层上部存在较多FeW3C枝晶和少量枝晶 间共晶,在熔注层下部枝晶数量减少,共晶数量明显增多。激光熔注层中不同WC颗粒周围反应层的尺寸和形貌 存在很大差别。WC颗粒注入位置是决定反应层尺寸的重要因素 关键词激光技术;金属基复合材料;激光熔注;微观组织结构 中图分类号TN249TG665文献标识码A doi10.3788/CJL20083507.1083 wC Particulate Reinforced Metal Matrix Composites Layers Produced by laser melt Injection Liu Dejian Chen Y anbin Li Fuquan Li Liqun (State Key Labor atory of A du anced Welding Prod uction Technology arbin Institute of Technology, H arbin, Heilongjiang 150001. China) aser melt injed ion( LMI)was used to produce wC particulate reinforced metal matrix composites MMC layer, the M MC layer was studied by X-ray diffraction(XR D) and scanning elect ron m icroscopy (SEM) n (MMC lay Q235 steel. Based on the analy sis of the LM I process characteristic and the macrostructure of results sho w that WC particles can be injected into the whole region of the melted pool and distribut e uniformly in theMMClayer. New phase of Fe W,C is observed in the MM C layer due to the injection of WC partides. The microstrucure of the M MC layer is quite complicated and can roughly be div ide into two regions: the top part and the bottom part. The m icrostructure in the top part is chara erized by many Fey W3C dendrites surrounded by few interdendrite eutectics. In the bottom, the amount of Fe, WaC dendrites decreases w hile eutectics increase obvio usly The size and morpho logy of reaction layers around different wC particles inside the MMC layer ex hibit obw ious difference. Moreover, the particle injection position plays a critical role in the thickness of the reaction layer Key words laser technique; met al matrix oo mposites; laser melt injed ion; microstructure 1引言 强颗粒的烧损。研究者试图从优化工艺或减小熔覆 目前,在金属表面制备颗粒增强金属基复合材层厚度等方面来解决这些问题但这些尝试没有取 料(MMC的方法有很多如激光熔覆、热喷涂、堆焊得预期结果 等。激光熔覆由于具有效率高、精度高、热输入低等 种新的激光表面处理技术一激光熔注 优点被认为是一种理想的方法,引起了广泛的关(LMD技术由 Ayers等提出。激光熔注是指 注-。但是,激光熔覆技术制备颗粒增强金属基采用高功率密度的激光束在金属表面形成熔池,同 复合材料层存在两个主要问题:熔覆层的开裂和增时将增强颗粒直接注入到熔池中在熔池快速冷却 过程中,注入颗粒来不及熔化而被冻结”在熔池中, 收稿日期:2007-08-30;收到修改稿日期:20071-25 作者简介:刘德健(1978-),男,黑龙江人,博士研究生,主要从事激光表面强化方面研究。Email:liudjo@hi.edhu.cn 导师简介:陈彦宾(1962-),男,教授,博士生导师,主要从事激光加工理论与应用方面的研究 Email:chenyb@@hit.edu.cn S1994-2012chinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net文章编号: 0258- 7025( 2008) 07-1083- 04 激光熔注法制备 WC颗粒增强金属基复合材料层 刘德健 陈彦宾 李福泉 李俐群 ( 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 15001) 摘要 采用激光熔注( LMI) 技术在 Q235 钢表面制备 WC 颗粒增强的金属基复合材料( MMC) 层。在激光熔注工 艺特性和熔注层宏观特征分析的基础上, 采用 X 射线衍射( XRD) 和扫描电镜( SEM) 对激光熔注层微观组织结构进 行了分析。结果表明, WC 颗粒注入到熔池的整个深度和宽度范围内, 并且在熔注层中的分布比较均匀。WC 颗粒 的加入改变了熔池的化学成分, 熔注层中出现了新相 Fe3 W3 C。在熔注层上部存在较多 Fe3 W3 C 枝晶和少量枝晶 间共晶, 在熔注层下部枝晶数量减少, 共晶数量明显增多。激光熔注层中不同 WC 颗粒周围反应层的尺寸和形貌 存在很大差别。WC 颗粒注入位置是决定反应层尺寸的重要因素。 关键词 激光技术; 金属基复合材料; 激光熔注; 微观组织结构 中图分类号 TN 249; TG 665 文献标识码 A do i: 10. 3788/ CJL20083507. 1083 WC Particulate Reinforced Metal Matrix Composites Layers Produced by Laser Melt Injection Liu Dejian Chen Yanbin Li Fuquan Li Liqun ( S tate K ey Labor ator y of A dv anced Welding P rod uction T echnology , H ar bin I nstitute of Technology , H ar bin, H eilongj iang 150001, China) Abstract Laser melt inject ion ( LMI) w as used t o pro duce WC pa rticulate reinfo rced metal matrix compo sites ( MM C) lay ers on Q235 steel. Based on the analy sis o f the LM I pr ocess cha racteristic and the macr ostr ucture of the MMC lay er, the M MC layer was studied by X- r ay diffr action ( XRD) and scanning elect ron m icroscopy ( SEM) . The results show that WC particles can be injected into the who le r egion of the melted po ol and distribut e unifo rmly in the MM C layer. New phase of Fe3 W3 C is obser ved in the MM C layer due to the injection of WC particles. The micro str uctur e o f the M MC layer is quite complicated and can r oughly be div ided into tw o r egio ns: the to p part and the bottom pa rt. The m icrostr ucture in the to p part is char act erized by many Fe3 W3 C dendrites surrounded by few interdendrite eutectics. In the bottom, the amount o f Fe3 W3C dendrites decreases w hile eutectics incr ease obvio usly. The size and mor pho log y o f reactio n lay ers aro und differ ent WC pa rticles inside the MMC la yer ex hibit o bv ious differ ence. Mor eo ver, the particle injection position plays a critical r ole in the thickness o f the r eaction la yer. Key words laser technique; met al matrix compo sites; laser melt inject ion; micr ostr ucture 收稿日期: 2007- 08- 30; 收到修改稿日期: 2007- 11- 25 作者简介: 刘德健( 1978
) , 男, 黑龙江人, 博士研究生, 主要从事激光表面强化方面研究。E-mail: liudj@ hit. edu. cn 导师简介: 陈彦宾( 1962
) , 男, 教授, 博士生导师, 主要从事激光加工理论与应用方面的研究。 E-mail: chenyb@ hit. edu. cn 1 引 言 目前, 在金属表面制备颗粒增强金属基复合材 料( M M C) 的方法有很多, 如激光熔覆、热喷涂、堆焊 等。激光熔覆由于具有效率高、精度高、热输入低等 优点被认为是一种理想的方法, 引起了广泛的关 注[ 1~ 3] 。但是, 激光熔覆技术制备颗粒增强金属基 复合材料层存在两个主要问题: 熔覆层的开裂和增 强颗粒的烧损。研究者试图从优化工艺或减小熔覆 层厚度等方面来解决这些问题, 但这些尝试没有取 得预期结果。 一种新的激光表面处理技术


激光熔注 ( LM I) 技术, 由 Ayers 等 [ 4~ 7] 提出。激光熔注是指 采用高功率密度的激光束在金属表面形成熔池, 同 时将增强颗粒直接注入到熔池中, 在熔池快速冷却 过程中, 注入颗粒来不及熔化而被
冻结
在熔池中, 第 35 卷 第 7 期 2008 年 7 月 中 国 激 光 CHIN ESE JOU RNA L OF LA SERS Vo l. 35, No. 7 July, 2008