[发明专利]铁基重熔层的组织和性能分析方法

说明书

本发明涉及一种铁基重熔层的组织和性能分析方法，包括：步骤1，将铁基试件放在盛有去离子水的容器中，调整冷却水液面到被处理面的距离，用Nd：YAG激光以设定的工艺参量进行试件表面重熔，得到激光重熔层；步骤2，分析不同深度冷却水层试样的性能及重熔层摩擦磨损性能，得到分析结果；步骤3，采用理论计算的方法求解合金层表面熔化和凝固过程，估算合金凝固过程中的平均冷速，得到激光能量对合金结晶过程中生长形貌的影响规律。本发明能够揭示水介质环境冷却对铁基重熔层组织和性能的影响规律，为提高铁基合金水环境冷却改性层的使用性能提供理论和实验依据。

技术领域

本发明涉及激光重熔表面处理技术领域，尤其涉及一种铁基重熔层的组织和性能分析方法。

背景技术

钢材应用广泛应用于电子、机械、通信、航空、航天和能源等领域。现今较为成熟的钢的表面改性方法有渗氮、渗碳、激光改性等。激光表面改性技术是通过高能密度激光束作用在金属材料表面，使其发生物理化学变化，从而改变其耐磨、耐蚀、抗热疲劳和抗氧化等性能。

激光重熔是用激光束将表面熔化而不加任何金属元素，已达到表面组织改善的目的。有些铸件的粗大树枝状结晶中常有氧化物和硫化物夹杂，以及金属化合物及气孔等缺陷，如果这些缺陷处于表面部位就会影响到疲劳强度、耐腐蚀性和耐磨性，用激光做表面重熔就可以把杂志、气孔、化合物释放出来，同时由于迅速冷却而使晶粒得到细化。

根据相关研究成果表明在空气中直接进行表面重熔没有得到纳米晶粒，而在水中进行重熔的，得到了纳米晶粒，同时随着水面与被处理表面距离的增加，重熔再结晶后晶粒趋于更加细化。

为了进一步提高铁基合金水环境冷却改性层的使用性能提供理论和实验依据，需要研究水介质环境冷却对铁基重熔层组织和性能的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁基重熔层的组织和性能分析方法，揭示水介质环境冷却对铁基重熔层组织和性能的影响规律，以提高铁基合金水环境冷却改性层的使用性能提供理论和实验依据。

本发明提供了一种铁基重熔层的组织和性能分析方法，包括如下步骤：

步骤1，将铁基试件放在盛有去离子水的容器中，调整冷却水液面到被处理面的距离，用Nd：YAG激光以设定的工艺参量进行试件表面重熔，得到激光重熔层；

步骤2，分析不同深度冷却水层试样的性能及重熔层摩擦磨损性能，得到分析结果；

步骤3，采用理论计算的方法求解合金层表面熔化和凝固过程，估算合金凝固过程中的平均冷速，得到激光能量对合金结晶过程中生长形貌的影响规律。

进一步地，步骤2中所述不同深度冷却水层试样的性能分析结果包括：

在三种不同的冷却水深中，使用激光器对铁基表面进行激光重熔，经测定得到，在水深为1mm、2mm、3mm的情况下，表面硬度分别为434HV、452HV和470HV，从而得到重熔层的表面硬度随着水深的逐渐提高而增大，在有效激光功率范围内，水深较大时，所得到的水冷重熔层的硬度比空气重熔层有所提高；不同冷却水深下完全重熔区和未重熔区之间的硬度梯度的下降陡度有所不同，经较低激光功率重熔处理的焊层截面硬度的下降幅度快于高功率的。

进一步地，所述步骤2中所述重熔层摩擦磨损性能分析结果包括：

激光重熔功率影响重熔层耐磨性的因素包括：激光重熔功率越大，使得合金元素的固溶量越增多，固溶强化作用越明显；当激光功率增加到一定范围时，重熔层之间避免了未搭接现象出现，使得其整体硬度趋于均匀和稳定，从而使得重熔层的耐磨性的提高幅度随着激光功率的提高而加大；在硬度区域均匀稳定的范围内，水环境的影响是，随着冷却水深的增加，耐磨性有所提高。

进一步地，步骤3中得到的激光能量对合金结晶过程中生长形貌的影响规律包括：

随激光能量的增加，凝固平均冷速反而下降；