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热锻模模膛表面激光熔覆Cr_3C_2耐热层的应用基础研究

郑春光

   锻制钢质锻件的热锻模,其正常失效的表现形式主要是热疲劳磨损和塑性变形,失效发生的部位在模膛表面及近表面层。长期的实践证明,现有的均质热锻模具钢均难以满足热锻模模膛表面及近表面层的使用性能要求,所产生的热锻模使用寿命问题,至今仍未取得显著进展。 缓解热应力的梯度材料技术和表面工程技术为解决热锻模使用寿命问题提供了新的思路新的方法。笔者所在课题组正就此问题进行相关研究。本文试图应用激光熔覆技术在热锻模模膛表面制备出金属陶瓷耐热耐磨层,就是解决热锻模模膛表面强化问题的一种探索性实验研究。 本文首先总结了国内外对热锻模方面的研究,着重介绍了热锻模的失效的形式,热物性参数对热锻模寿命的影响。然后重点介绍激光熔覆技术的发展、原理及其工艺方法等。 第二部分是设计了一个激光熔覆试验,试验研究用的基体材料W_6Mo_5Cr_4V_2,是根据相关研究确定的热锻模模体梯度材料结构中模膛近表层材料的一种。通过对不同材料成分配比、不同激光加工参数试样的宏观、微观分析,包括金相显微分析、X射线衍射分析、SEM扫描电镜分析、EDX能谱分析,以及硬度检测,选出了合理的材料配比和激光加工参数。同时分析阐述了Ni/Ni-Cr-Cr_3C_2激光强化机理,不同的激光参数对覆层的硬度和显微组织的影响。还对覆层的热应力参数,包括弹性模量E、材料的热胀系数α、材料热传导系数入和材料比热容C进行了测定。 第三部分对测试结果进行分析,得出了相关结论。 试验的微观组织分析表明,熔覆试样由表及里分为三个不同的组织区域;熔覆层、熔覆层与基体之间的结合区、热影响区。熔覆层与热影响区有平面晶带,腐蚀后在扫描电镜的背散射下呈白亮色由γ—Ni平面晶构成。熔覆层底部近结合区呈束团状的共晶组织,熔覆层中部区域有大量的黑灰色的块状和柱状晶组织,整个熔覆区还存在着大量灰白色的条块状组织。 物相分析和硬度分析表明,熔覆层的物相主要是由Y-Ni,Cr_7C_3、Cr_3C_2、Cr_(23)C_6、CrB、M_(23)(C,B)_6、γ~—(Ni,Fe)组成的,同时覆层的硬度也显著增加。 物性参数测定表明,覆层的工程热胀系数在温度小于200℃时随温度变化的程度比较大,在200℃以上,工程热膨胀系数的上升曲线逐渐变缓。并且覆层的工程热膨胀系数比理论的大。覆层的热传导系数和比热容实测结果比理论值小,但热传导系数比较符合预先的效果。弹性模量的值比基体钢略微高。 试验结果最终证明,激光熔覆工艺参数对熔覆层的宏观形貌、微观组织及涂层性能有极大的影响,在激光熔覆工艺参数为功率P=7Kw,速度Vs=5mm/S光斑直径D=3mm,厚度T=0.6mm,50%;50%的Ni60;Ni-Cr-Cr_3C_2的条件下,所得到熔覆层表面光滑致密、组织细小均匀、稀释率小、硬度高且与基体实现了良好的冶金结合,证明这种方法是一种在提高热锻模寿命方面有前途的方法。……   
[关键词]:热锻模寿命;激光熔覆;工艺参数;热应力参数
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2007年