5CrNiMo鋼激光熔覆陶瓷顆粒增強(qiáng)Fe基復(fù)合層的研究.pdf

1、熱作模具在服役過程中，往往受到較大的高溫沖力、金屬流動(dòng)的強(qiáng)摩擦力和交變載荷的循環(huán)作用，會(huì)造成表面的磨損、疲勞和氧化等失效，不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而且也會(huì)給企業(yè)帶來巨大的成本壓力。因此通過激光熔覆技術(shù)在模具表面制備一層耐磨抗高溫的熔覆層，從而提高模具的使用壽命，將具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
　　本文采用原位合成法，以鈦鐵、碳化硼、鉻鐵、鉬鐵和還原鐵粉為原始粉末，在5CrNiMo鋼表面制備了一層高性能的涂層。利用金相顯微鏡、顯

2、微硬度計(jì)、X射線衍射儀、掃描電鏡、能譜儀、環(huán)-塊磨損試驗(yàn)機(jī)和箱式電阻爐等測試手段，系統(tǒng)分析了熔覆層組織與性能。
　　通過在5CrNiMo鋼表面單道重熔及多道熔覆成形試驗(yàn)，優(yōu)選激光工藝參數(shù)。工藝參數(shù)定為熱輸入200J/mm，光斑直徑2mm，預(yù)置涂層厚度1mm，搭接率30％，氨氣流量12L/min。鐵基熔覆粉末初步設(shè)計(jì)為Ti和B4C質(zhì)量比為2.4∶1，其中在熔覆粉末體系中鈦鐵的含量為60wt.％。此時(shí)獲得的熔覆層表面成形良好，無氣孔、

3、夾雜、裂紋等缺陷。熔覆層的物相組成為α-Fe、TiB2和TiC。熔覆層硬度在深度方向上呈下降趨勢，相較于基體有顯著提高，在距熔覆層上表面1.3mm-1.5mm范圍內(nèi)，產(chǎn)生了回火軟化區(qū)。
　　研究了合金成分對熔覆層組織、硬度和耐磨性能的影響，并探討了基體和覆層的磨損機(jī)制。研究表明，采用FeTi、CrFe和B4C制備的熔覆層，隨著鉻鐵量的增多，熔覆層出現(xiàn)了少量的(Fe，Cr)7C3，其殘余奧氏體數(shù)量呈增多趨勢，熔覆層硬度先提高后降低趨

4、勢，在鉻鐵含量為12wt.％時(shí)達(dá)到最高值，為1027HV0.2。在鉻鐵含量12wt.％的基礎(chǔ)上添加鉬鐵，熔覆層組織得到了細(xì)化，出現(xiàn)了TiB2-MoB和TiC-MoC的復(fù)合相。當(dāng)鉬鐵含量為9wt.％時(shí)，熔覆層的硬度達(dá)到最高，之后出現(xiàn)下降趨勢?；w和熔覆層的耐磨性與硬度表現(xiàn)出了一致的規(guī)律。5CrNiMo鋼基體硬度較低、耐磨性較差，表現(xiàn)出塑形變形的粘著磨損。采用鈦鐵和碳化硼粉末制備的激光熔覆層耐磨性能有顯著的提升，其磨損機(jī)制是以顯微切削為主的

5、磨粒磨損。添加鉻鐵后的熔覆層耐磨性有進(jìn)一步的提高，其耐磨性比5CrNiMo鋼基體提高3.2倍，比不加鉻鐵熔覆層提高2倍，表現(xiàn)為輕的顯微切削，而鉻鐵和鉬鐵一起添加的熔覆層耐磨性能最好，其磨損機(jī)制為表面劃擦。
　　分析了基體及不同成分熔覆層的抗高溫氧化性能。經(jīng)600℃高溫氧化后，基體和熔覆層的氧化動(dòng)力學(xué)曲線均遵從拋物線規(guī)律，但基體表面氧化嚴(yán)重，氧化層疏松、多孔，甚至出現(xiàn)局部剝落現(xiàn)象，而熔覆層的氧化層致密，其累計(jì)氧化增重約為基體的1/2