论文部分内容阅读
HSLA-100钢强度高,韧性好,被广泛的应用于船舶中。船体用钢在实际中最容易出现刮擦、裂纹及腐蚀问题,而高强钢又对微观裂纹特别敏感。因此,亟需一种修复技术来延长其使用寿命。传统方法如焊接等虽然成本低,工艺成熟,但存在热影响区大、残余应力大及变形大等缺点。激光增材制造技术是一种新兴的修复技术,具有能量密度高、热输入量可控、粉末成分可调等优点,从而使热影响区小,修复后的变形与残余应力小,表面质量高。激光增材制造技术在修复领域具有广阔的应用前景。本文利用激光增材制造技术修复20 mm厚HSLA-100高强钢上预制的梯形槽缺陷口。在不同的实验环境下(包括大气环境与水下环境),研究激光功率、扫描速度、送粉率、水深等实验参数对修复质量的影响,获得较好的工艺参数:激光功率1500 W,扫描速度1000 mm/min,送粉率7.8 g/min。针对水下环境的增材实验,本文研究了两种不同结构的气帘式排水罩(B和C;是否存在缓冲区)对干区的稳定性及对修复质量的影响。采用一系列表征技术如光学显微(OM)分析、扫描电镜(SEM)分析、透射电镜(TEM)分析、X射线衍射(XRD)分析、断层扫描(micro-CT)分析、差示扫描量热(DSC)分析来分析试样修复区的组织演变。此外,利用维氏硬度(Vickers hardness)、纳米压痕(Nanoindentation)、拉伸、弯曲与低温冲击实验来表征修复试样的力学性能。结果表明修复区组织相主要为马氏体与回火马氏体,堆积层从底部到顶部组织形状依次为平面晶、柱状晶与等轴晶。显微硬度与纳米硬度都比基体高,且随着冷却速度的增加而增加。大气环境下与水下排水罩C修复的试样的拉伸强度与基体相当,屈服强度约770 MPa,最大抗拉强度约830 MPa,延伸率略有下降。而排水罩B修复的试样由于缺陷的存在,拉伸性能大幅下降。所有试样在-40℃的低温冲击韧性都远远低于基体,甚至达不到美国军方对HSLA-100钢的最低要求(-51℃;61 J)。本文主要研究了大气环境与水环境下激光增材修复HSLA-100钢的工艺、组织及力学性能,研究结果为激光增材再制造技术在修复领域的应用提供了实验依据与理论基础。