H13鋼表面激光熔覆Ni基、Co基合金粉末的試驗(yàn)研究.pdf

1、H13(4Cr5MoSiV1)是國(guó)際上廣泛使用的熱作模具鋼，它具有較高的熱強(qiáng)度和硬度、高的耐磨性和韌性，以及較好的耐熱疲勞性能，廣泛應(yīng)用于制造各種鍛模、熱擠壓模，以及鎂、鋁及其合金的壓鑄模。熱作模具在使用過程中承受著磨損、熱疲勞、沖蝕、應(yīng)力腐蝕、表面熱焊合等物理、化學(xué)作用，因而其使用壽命較低。眾所周知，模具的失效首先是從表面開始的，因此改善表面組織及性能可有效提高模具的使用壽命。H13鋼表面激光熔覆是利用激光的高輻射、高亮度、高方向性、

2、高單色性特點(diǎn)，使材料的表面性能得到提高，特別是材料的表面硬度、耐磨性、耐蝕性和耐高溫性的改進(jìn)，從而提高熱作模具的使用壽命。實(shí)際生產(chǎn)中需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大面積熔覆，但通常入射激光光斑直徑較小，最簡(jiǎn)單易行的辦法是通過激光掃描帶間的相互搭接來滿足要求。
　　 本文采用5kW橫流CO2激光器，通過多道搭接大面積熔覆在H13熱作模具鋼表面制備了Ni基、Co基合金熔覆層，利用光學(xué)顯微鏡(OM)、X-射線衍射儀(XRD)等手段分析了熔覆層的顯微組

3、織結(jié)構(gòu)、相組成，觀察了高溫氧化后的組織形貌；借助HVS-1000A型數(shù)顯顯微硬度計(jì)對(duì)激光熔覆層的硬度進(jìn)行了測(cè)量；利用磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)基體及熔覆層的磨損性能進(jìn)行了研究。
　　 組織分析表明，激光熔覆Ni基、Co基合金熔覆層在組織結(jié)構(gòu)上分為熔覆區(qū)、結(jié)合區(qū)和熱影響區(qū)三部分。Co基熔覆層的顯微組織為大體上垂直于界面生長(zhǎng)的平面晶和胞狀晶，向熔池中部過渡為多方向生長(zhǎng)的樹枝晶區(qū)，近表面為平行于激光掃描速度方向生長(zhǎng)的細(xì)小枝晶區(qū)，熔覆層與基體之間實(shí)現(xiàn)

4、了良好的冶金結(jié)合，具有較好的綜合力學(xué)性能。Ni60A熔覆層的組織主要由Cr23C6、Ni2Si等強(qiáng)化相和過飽和固溶體γ(Ni-Fe)組成；Co50熔覆層的組織主要由(Cr-Fe)7C3等強(qiáng)化相和過飽和固溶體γ-Co組成；Co42熔覆層的組織主要由M23C6、CoCX等碳化物強(qiáng)化相和少量過飽和固溶體γ-Co組成。
　　 激光熔覆層細(xì)小的組織使其具有較高的表面硬度。多道搭接熔覆后進(jìn)行的顯微硬度測(cè)量表明，Ni60A顯微硬度在800HV

5、0.2～900HV0.2之間；Co50顯微硬度約為500HV0.2；Co42顯微硬度約為475HV0.2；而H13鋼基體的硬度約為450HV0.2，即硬度由高到低依次是Ni60A→Co50→Co42→H13。
　　 通過長(zhǎng)時(shí)間高溫氧化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Co基合金高溫氧化后硬度并沒有下降，即優(yōu)于Ni基合金。在600℃的溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫后Co基合金仍具有良好的熱穩(wěn)定性；從H13鋼基體及Ni60A、Co50、Co42熔覆層在不同載荷下的磨損量