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激光熔覆是一個快速加熱和快速冷卻的過程。在短時間內(nèi)，熔覆材料和基底需要先熔化成液態(tài)，再由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。在這個過程中，熔覆層受到外界的約束產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過熔覆層的屈服強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生裂紋。裂紋引起的殘余內(nèi)應(yīng)力主要包括熱應(yīng)力、微結(jié)構(gòu)應(yīng)力和約束應(yīng)力，其中熱應(yīng)力對裂紋的影響大。
(1)熱應(yīng)力
由于熔覆層溫度與室溫有較大的溫差，不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，熔覆層的冷卻收縮率也不同，收縮率差異產(chǎn)生的應(yīng)力就是熱應(yīng)力。曾通過模擬多通道激光熔覆的分析表明，激光熔覆過程中熔覆層熱脹冷縮，導(dǎo)致熔覆層變形和熱應(yīng)力不一致。
(2)組織應(yīng)力
在整個激光熔覆過程中，熔覆材料和基體的表面熔化成液態(tài)金屬，液態(tài)金屬結(jié)晶成固態(tài)金屬，熔覆層最終冷卻凝固，由于微觀組織的不均勻轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
(3)約束應(yīng)力
其形成原因有二:一是由于激光熔覆是一個快冷快熱的過程，熔池中先熔化的材料受熱膨脹，受到周圍冷卻器基體的約束，產(chǎn)生壓應(yīng)力;其次，在固態(tài)冷縮過程中，加熱的復(fù)合涂層在其他部分受到較冷基體的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力。研究表明，激光熔覆中韌性遠(yuǎn)小于脆性引起的拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂紋的主要原因。
