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激光熔覆对H13钢热疲劳及耐磨性能的影响

作　者: 唐淑君
导　师: 刘洪喜
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 激光熔覆 H13钢高温强化相微观组织力学性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

H13钢(4Cr5MoSiV1)作为模具工业中使用最为频繁的钢种之一,被广泛用于冲击载荷大的锻模,热挤压模,精锻模,压铸模等。在实际工况中,这些模具由于反复受高低温的交替作用,致使其常因高温磨损和热疲劳而失效,严重降低了产品的使用寿命。据统计,模具的失效大多集中于其表面或表面层。因此,优化模具结构设计,精选模具制造材料,改善模具表面性能便成为模具工作者普遍重视和致力于解决的关键问题。近些年来,通过表面改性手段,尤其是激光熔覆技术来提高模具使用寿命已获得了比较理想的效果。但从已有报道来看,有关H13钢表面激光选区熔覆复合涂层,尤其是含高温合金增强相的复合涂层的研究目前还鲜见涉及。鉴于此,本文采用激光选区熔覆技术在H13钢表面制备了单道Ni-Al金属间化合物熔覆涂层,分析了混合粉末中Al含量对金属间化合物涂层表面熔合质量、涂层与基材界面的结合特征、涂层显微组织形貌、物相组成以及涂层力学性能的影响,以期为提高H13热作模具钢表面综合性能,延长其使用寿命提供理论基础和一条有效的工艺途径。本文简要总结了不同激光工艺参数对涂层宏观质量的影响；借助光学显微镜(OM)分析了相同成分下不同工艺参数对涂层显微组织形貌的影响以及不同成分下的不同显微组织形貌；借助X射线衍射仪(XRD)对不同粉末配比下所得复合涂层的物相进行了定性分析；采用显微硬度计对各涂层截面沿层深方向的显微硬度进行了表征；同时也对涂层的高温磨损性能以及热震热疲劳性能进行了表征。X射线衍射图谱充分说明了当涂层材料中未加入Al时,涂层的基体相为稳定的奥氏体相y-Ni以及(Ni, Cr)固溶体,主要金属间化合物为Ni3Fe。在加入Al后Ni主要倾向于与Al发生自蔓延反应生成γ’-Ni3Al高温强化相,而当Al的含量过高时,Ni与Al主要发生自蔓延反应生成β-NiAl相,同时,随着Al含量的增加,熔覆涂层中(Fe, Cr)固溶体含量也有所增加。而在加入5%Mo粉时,出现NiAl的趋势相较于未添加5%Mo的涂层有所减缓。涂层的显微硬度测试结果表明,涂层的显微硬度较基材均有较大程度的改善,且加入5%Mo粉的熔覆涂层相较于未加入Mo粉的熔覆涂层显微硬度更高,最高的显微硬度可达到H13钢(267HV)的5.50倍。但加入Al后的熔覆涂层在其结合界面出现显微硬度陡降并在热影响区(HAZ)有一定回升。复合涂层高温磨损以及第一条宏观裂纹出现周期结果表明,650℃下表现出的摩擦系数波动以及磨损失重均比相同条件下的H13钢要好,且加入Mo粉后的熔覆涂层具有相较于未添加Mo粉的熔覆涂层在同等条件下的高温磨损性能好。同时,所有熔覆涂层出现第一条宏观裂纹的周期均比H13钢晚,且Mo粉的固溶强化以及细化晶粒等作用也在一定程度上延迟了涂层出现第一条宏观裂纹的时间,且涂层的宏观质量对实验结果有较大的影响,较差的涂层宏观质量会导致涂层出现第一条宏观裂纹的时间过早。

激光熔覆对H13钢热疲劳及耐磨性能的影响

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