40Cr表面激光熔覆硬质涂层及其应用研究

发布时间：2017-10-21 19:30

  本文关键词：40Cr表面激光熔覆硬质涂层及其应用研究

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【摘要】：40Cr钢是机械制造业使用最广泛的合金钢之一,其淬透性良好,经过适当的热处理后具有良好的综合力学性能、良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性:常用于制造轴类件、齿轮和中型塑料模具等机械零件。但是在工况比较恶劣的情况下,机械零件的磨损一般会很严重,使用寿命较低。激光熔覆技术是在激光束的作用下在金属材料表面熔覆一层功能性涂层,达到表面强化的效果。利用激光熔覆技术在40Cr表面制备出具有特殊性能的合金涂层,既可以保留40Cr基体的强度和韧性,还可节省贵重的金属材料,降低生产成本,具有重大的工业应用价值。本文采用实验研究方法,针对40Cr钢的表面激光熔覆强化展开研究,并将研究成果应用于轮毂模具的制造,主要研究内容如下:根据激光熔覆过程中激光与材料的相互作用、金属对激光的吸收等基础理论,分析了凝固过程中的对流和传热。结合激光熔覆材料的设计原则和40Cr钢的特点,设计了三种合金粉末,并制定了激光熔覆实验方案。在40Cr钢板上制备了耐磨熔覆层,对比分析了各个工艺参数条件对应下的熔覆层的质量,得出合适的激光功率、扫描速度和搭接率等工艺参数。通过采用XR D、金相显微分析、显微硬度测试等实验对比分析了熔覆层微观性能;利用冲击韧性实验、拉伸实验、摩擦磨损实验等实验对比分析了熔覆层的力学性能,为在40Cr表面制备优质合金熔覆层提供试验依据。根据轮毂模具的工作条件,对比Cr12MoV与TZ675熔覆层的硬度、冲击韧性和磨损性能,通过对比实验数据确定了在轮毂模具材料设计时用40Cr表面熔覆TZ675耐磨合金层代替整体Cr12MoV的可行性,设计出可行的40Cr激光熔覆表面强化方案,并在40Cr轮毂模具上进行熔覆实验,从实践上论证激光熔覆技术的可行性。
【关键词】：40Cr 激光熔覆 表面强化 耐磨性 模具
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 常用的表面处理技术10-13
• 1.3 40Cr激光熔覆技术国内外研究现状13-16
• 1.3.1 激光熔覆技术研究现状13-14
• 1.3.2 40Cr表面激光熔覆研究进展14
• 1.3.3 激光熔覆在工业中的应用14-15
• 1.3.4 激光熔覆技术存在的问题15-16
• 1.4 本文主要的研究内容16-17
• 第2章 激光熔覆材料设计17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 激光熔覆基础理论17-21
• 2.2.1 激光与材料的相互作用17-18
• 2.2.2 金属对激光吸收的影响因素18-19
• 2.2.3 激光熔覆凝固过程中的对流19-20
• 2.2.4 激光熔覆凝固过程中的传热20-21
• 2.3 实验设备21-22
• 2.4 实验材料22-25
• 2.4.1 基体材料22
• 2.4.2 激光熔覆材料22-25
• 2.4.3 激光熔覆实验25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 40Cr激光熔覆硬质涂层工艺研究26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 熔覆层质量控制26-27
• 3.3 单层涂层与多层涂层27-28
• 3.4 激光熔覆的工艺参数28-30
• 3.4.1 激光器功率28
• 3.4.2 扫描速度28-29
• 3.4.3 搭接率29-30
• 3.4.4 铺粉厚度30
• 3.5 制备熔覆层工艺实验研究30-34
• 3.5.1 激光功率与扫描速度30-32
• 3.5.2 搭接率实验研究32-33
• 3.5.3 铺粉厚度与熔覆层厚度、高度研究33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 40Cr激光熔覆硬质涂层性能研究35-57
• 4.1 引言35
• 4.2 XRD物相分析35-37
• 4.3 熔覆层的组织分析37-42
• 4.3.1 TZ625的熔覆层分析38-40
• 4.3.2 TZ675的熔覆层分析40-41
• 4.3.3 TZ700的熔覆层分析41-42
• 4.4 多层熔覆层组织分析42-44
• 4.4.1 不含过渡层的熔覆层组织分析42-43
• 4.4.2 含过渡层熔覆的组织分析43-44
• 4.5 熔覆层的显微硬度44-48
• 4.6 熔覆层的力学性能分析48-56
• 4.6.1 冲击韧性48-50
• 4.6.2 拉伸性能50-53
• 4.6.3 摩擦磨损实验53-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 40Cr激光熔覆钢制轮毂模具应用研究57-63
• 5.1 引言57
• 5.2 轮毂模具的基本要求57-59
• 5.2.1 轮毂模具及其失效方式57-59
• 5.2.2 Cr12MoV与 40Cr+TZ67559
• 5.3 40Cr轮毂模具激光熔覆方案59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果68-69
• 致谢69

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本文编号：1074932