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模切刀具梯度功能材料激光熔覆制备方法

姚明浦  
【摘要】:激光熔覆制备梯度功能材料不仅能够实现模切刀具内柔外刚的性能要求,提升其使用寿命,也能大大降低生产成本。通过研究激光熔覆工艺参数与工艺结果之间的内在规律,获得单层多道、多层多道熔覆层成型精度及质量的数学模型,实现对二维硬度梯度熔覆层性能的控制与预测,对完善模切刀具梯度功能材料激光熔覆制备方法的基础理论有积极意义。为了研究模切刀具梯度功能材料激光熔覆制备方法,首先,通过响应面法中的中心复合设计试验法,研究了激光功率、扫描速度、气流量、搭接率对单层多道搭接熔覆层的宽度、平整度和稀释率以及熔覆效率的耦合作用规律,揭示工艺参数与熔覆层几何形貌、熔覆效率间的内在函数关系,获得目标值的工艺参数区间。第二,建立刀具材料组成成分梯度与性能之间的关系,获得与目标硬度值对应的粉末比例梯度,合理分配粉末梯度制备二维硬度梯度熔覆层。第三,在二维硬度梯度性能矩阵的基础上,针对不同的粉末配方及比例对梯度熔覆层的影响,构建工艺参数与工艺结果之间的简析表达式,揭示激光熔覆工艺参数与熔覆层内部组织质量之间的耦合作用机理,指导工艺实施。最后,研究了梯度功能材料激光熔覆制备方法,为二维梯度材料成形质量的控制与预测、以及工艺参数优化提供理论依据。研究成果可以应用在大尺寸回转类刀具、特殊形状刀具、发动机叶轮等耐高温、耐磨、耐腐蚀等梯度材料的制造、熔覆与切削的混合制造,为高硬度难加工刀具复合材料的激光熔覆制造技术提供理论依据。


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