Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Heb je je ooit afgevraagd hoe moderne technologie de duurzaamheid van titaniumlegeringen kan verbeteren? Dit artikel onderzoekt lasercladdingsystemen voor titaniumlegeringen en beschrijft hoe verschillende legeringspoeders de oppervlakte-eigenschappen verbeteren, waaronder slijtage en corrosiebestendigheid. Ontdek de gebruikte materialen, van op nikkel gebaseerde tot composietpoeders, en hun unieke voordelen in industriële toepassingen. U krijgt inzicht in de processen en eigenschappen die lasercladding tot een innovatieve oplossing maken voor het verlengen van de levensduur van titanium onderdelen. Lees verder om te leren hoe deze vooruitgang een revolutie teweeg kan brengen in de prestaties van materialen in veeleisende omgevingen.
De materialen voor lasercladding op het oppervlak van titaanlegeringen omvatten voornamelijk: smeltbare legeringsmaterialen, composietmaterialen en keramische materialen.
De smeltbare legeringsmaterialen bestaan voornamelijk uit ijzerlegeringen, nikkellegeringen en kobaltlegeringen.
Het belangrijkste kenmerk van deze legeringen is de toevoeging van boor- en siliciumelementen, die sterke desoxiderende en zelfsmeltende eigenschappen hebben.
Tijdens laserbekledingboor en silicium worden geoxideerd tot oxiden, waardoor een dunne film op het oppervlak van de bekledingslaag ontstaat.
Deze film voorkomt niet alleen overmatige oxidatie van de elementen in de legering, maar vormt ook borosilicaatslak met de oxiden van deze elementen, waardoor het insluitingsgehalte en het zuurstofgehalte in de bekledingslaag afnemen.
Dit proces resulteert in een lasercladdinglaag met een laag oxidegehalte en weinig poriën. Borium en silicium kunnen ook het smeltpunt van de legering verlagen, waardoor de bevochtigbaarheid van de smelt ten opzichte van het basismetaal verbetert en de stroombaarheid en oppervlaktespanning van de legering positief worden beïnvloed.
De hardheid van de zelfsmeltende legering neemt toe naarmate het boor- en siliciumgehalte in de legering toeneemt. Dit komt door een toename van de hoeveelheid extreem harde boriden en carbiden die worden gevormd door boor- en siliciumelementen met nikkel, chroom en andere elementen in de legering.
Poeder op basis van een nikkellegering heeft uitstekende bevochtigingseigenschappen, corrosiebestendigheid en zelfsmering bij hoge temperaturen.
Het wordt voornamelijk gebruikt in onderdelen die slijtvastheid, hittebestendigheid, corrosiebestendigheid en hittebestendigheid vereisen. De vereiste laservermogen dichtheid is iets hoger dan die voor een bekleding van een ijzerlegering.
Het legeringsprincipe van legeringen op basis van nikkel omvat austenitische versterking in vaste oplossing met elementen zoals Fe, Cr, Co, Mo, W, intermetallische neerslagversterking met Al, Ti en korrelgrensversterking met B, Zr, Co.
De selectie van elementen in zelfsmeltend legeringspoeder op basis van nikkel is gebaseerd op deze principes, terwijl de hoeveelheid legeringselementen toegevoegd hangt af van de vervormbaarheid van de legering en het lasercladproces.
Op dit moment omvatten zelfsmeltbare legeringen op basis van nikkel voornamelijk Ni-B-Si en Ni-Cr-B-Si. De eerste is minder hard maar kneedbaarder en gemakkelijk te verwerken, terwijl de laatste wordt gevormd door de juiste Cr toe te voegen aan de Ni-B-Si-legering. Cr, dat oplosbaar is in Ni, vormt een nikkel-chroom vaste oplossing die de sterkte van de claddinglaag verhoogt en de oxidatie- en corrosiebestendigheid verbetert.
Cr kan ook boriden en carbiden vormen met B en C, wat de hardheid en slijtvastheid van de bekledingslaag verhoogt.
Het verhogen van het C, B en Si gehalte in de Ni-Cr-B-Si legering kan de hardheid van de claddinglaag verhogen van 25 HRC tot ongeveer 60 HRC, maar ten koste van verminderde vervormbaarheid.
Ni60 en Ni45 worden het meest gebruikt in dit type legering. Door het nikkelgehalte te verhogen, kan de scheurfrequentie bovendien aanzienlijk worden verlaagd.
Dit komt omdat Ni een krachtige austeniet (γ) fase uitbreidend element. Het verhogen van het nikkelgehalte in de legering verbetert de taaiheid, waardoor de plastische taaiheid van de claddinglaag toeneemt.
De toename van het nikkelgehalte verlaagt ook de thermische uitzettingscoëfficiënt van de bekledingslaag, waardoor de resterende trekspanning van de bekledingslaag afneemt en het ontstaan van scheuren en defecten aanzienlijk wordt verminderd.
Meer nikkel is echter niet per definitie beter, omdat een te hoog nikkelgehalte de hardheid van de bekledingslaag kan aantasten, waardoor deze niet de vereiste eigenschappen kan bereiken.
Poeder op basis van kobaltlegering biedt uitstekende prestaties bij hoge temperaturen en slijtage- en corrosieweerstand wanneer het met laser geclad wordt op het oppervlak van titaanlegeringen.
Momenteel is het kobaltgebaseerde zelfsmeltend legeringspoeder dat wordt gebruikt voor lasercladding ontwikkeld op basis van Stellite-legeringen, met primaire legeringselementen van chroom (Cr), wolfraam (W), ijzer (Fe), nikkel (Ni) en koolstof (C).
Daarnaast worden boor (B) en silicium (Si) toegevoegd om de bevochtigbaarheid van het legeringspoeder te verbeteren en zo een zelf smeltbare legering te vormen.
Een te hoog boorgehalte kan echter de neiging tot barsten van de legering vergroten. Legeringen op basis van kobalt hebben een superieure thermische stabiliteit, met minimale verdamping en sublimatie of merkbare degradatie tijdens het cladden.
Bovendien vertoont het poeder van de kobaltlegering een uitstekende bevochtigbaarheid bij het smelten en verspreidt het zich gelijkmatig over het oppervlak van de titaniumlegering.
Dit leidt tot een bekledingslaag die dicht, glad en vlak is, wat de hechtsterkte tussen de bekledingslaag en het basismateriaal verbetert.
De hoofdbestanddelen van het kobaltlegeringpoeder zijn kobalt (Co), chroom (Cr) en wolfraam (W), waardoor het uitstekende prestaties bij hoge temperaturen en uitgebreide mechanische eigenschappen heeft.
Kobalt en chroom vormen stabiele vaste oplossingen en door de lage koolstofgehalteVerschillende carbiden zoals metastabiele CrC, MC en WC en boriden zoals CrB zijn verspreid over de basis, wat leidt tot een legering met een hogere rode hardheid, slijtvastheid bij hoge temperaturen, corrosiebestendigheid en oxidatiebestendigheid.
Lasercladding van poeder van een ijzerlegering op het oppervlak van titaanlegeringen is geschikt voor onderdelen die gevoelig zijn voor vervorming en plaatselijke slijtvastheid vereisen. Het grootste voordeel zijn de lage kosten en de goede slijtvastheid.
Het heeft echter een hoog smeltpunt, een slechte zelfsmeltbaarheid, een slechte oxidatieweerstand, een slechte vloeibaarheid en een bekledingslaag die vaak een aanzienlijke hoeveelheid poreusheid en slakinsluitsels bevat, waardoor de toepassingen beperkt zijn.
Momenteel bestaat het legeringsontwerp van de Fe-gebaseerde legeringsbekledingsstructuur voornamelijk uit Fe-C-X (waarbij X staat voor Cr, W, Mo, B, enz.) en de structuur van de bekledingslaag bestaat voornamelijk uit metastabiele fasen, waarbij de versterkingsmechanismen zijn martensiet versterking en carbide versterking.
Kenmerken van poedersystemen voor zelfsmeltende legeringen
| Zelf smeltend legeringspoeder | Zelf smeltbaar | Voordelen | Nadelen |
| op ijzerbasis | Slecht | Kosteneffectief | Slechte weerstand tegen oxidatie. |
| Op kobalt gebaseerd | Redelijk Goed | Heeft een superieure weerstand bij hoge temperaturen, een uitstekende weerstand tegen thermische schokken en een uitstekende weerstand tegen slijtage en corrosie. | Relatief hoge kosten. |
| Op nikkel gebaseerde | Goed | Heeft een goede taaiheid, slagvastheid, hittebestendigheid, oxidatiebestendigheid en hoge corrosiebestendigheid. | Ondermaatse prestaties bij hoge temperaturen. |
Onder zware omstandigheden van glijden, impactslijtage en abrasieve slijtage op oppervlakken van titaniumlegeringen kunnen eenvoudige zelfsmeltbare legeringen op basis van Ni-, Co- en Fe-basis niet langer voldoen aan de gebruiksvereisten.
Op dit punt kunnen verschillende hardmetalen, nitriden, boriden en oxide-keramische deeltjes met een hoog smeltpunt worden toegevoegd aan de bovengenoemde smeltbare legeringspoeders om metaal-keramische composietcoatings te maken.
Onder hen zijn carbiden (zoals WC, TiC, SiC, enz.) en oxiden (zoals ZrO, AlO, enz.) het meest bestudeerd en gebruikt. Het gedrag van keramische materialen in titaniumlegeringsmelt omvat: volledig oplossen, gedeeltelijk oplossen en in geringe mate oplossen.
De oplossingsgraad wordt voornamelijk bepaald door het type keramiek en substraat en secundair door de omstandigheden van het lasercladdingproces.
Tijdens het lasercladdingproces bestaat het smeltbad maar heel kort bij hoge temperaturen, waardoor de keramische deeltjes onvoldoende tijd hebben om volledig te smelten. De claddinglaag bestaat uit faciaal-gecentreerde kubische γ-fasen (Fe, Ni, Co), ongesmolten keramische fasedeeltjes en precipitaatfasen (zoals MC, M C, enz.).
De lasercladdinglaag bevat versterkingsmechanismen zoals versterking door fijne korrel, versterking door dispersie van harde deeltjes, versterking door vaste oplossing en versterking door dislocatiestapeling.
Voorbeelden:
1. Door in-situ TiC of (TiB+TiC) versterkte titaan composiet materiaal coatings met laser te cladden op het oppervlak van titaanlegeringen, kunnen we de oppervlaktehardheid en slijtvastheid van de titaanlegering verbeteren en tegelijkertijd een goede aanpassing van het coatingmateriaal aan het substraat garanderen.
2. Het oppervlak van de titaanlegering wordt met een laser gesmolten en verschillende verhoudingen van de binaire Ti-Cr-legering worden afgezet, waardoor oppervlakte-gemodificeerde coatings worden gemaakt met een hoge hardheid en een goede compatibiliteit met het substraat.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 