激光熔覆是一个快速加热和快速冷却的过程。在短时间内,熔覆材料和基底需要先熔化成液态,再由液态转变成固态。在这个过程中,熔覆层受到外界的约束产生内应力,当内应力超过熔覆层的屈服强度时,就会产生裂纹。裂纹引起的残余内应力主要包括热应力、微结构应力和约束应力,其中热应力对裂纹的影响最 大 。
(1)热应力
由于熔覆层温度与室温有较大 的温差,不同材料的热膨胀系数不同,熔覆层的冷却收缩率也不同,收缩率差异产生的应力就是热应力。曾通过模拟多通道激光熔覆的分析表明,激光熔覆过程中熔覆层热胀冷缩,导致熔覆层变形和热应力不一致。
(2)组织应力
在整个激光熔覆过程中,熔覆材料和基体的表面熔化成液态金属,液态金属结晶成固态金属,熔覆层最 终冷却凝固,由于微观组织的不均匀转变而产生的内应力。
(3)约束应力
其形成原因有二:一是由于激光熔覆是一个快冷快热的过程,熔池中先熔化的材料受热膨胀,受到周围冷却器基体的约束,产生压应力;其次,在固态冷缩过程中,加热的复合涂层在其他部分受到较冷基体的约束,产生拉应力。研究表明,激光熔覆中韧性远小于脆性引起的拉应力是产生裂纹的主要原因。
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