固溶处理对激光熔覆Stellite6合金涂层性能的影响

发布时间：2020-05-15 05:52

【摘要】：目的通过激光熔覆的方法,在45~#钢板上沉积stellite6合金涂层,并研究涂层性能。方法通过Olympus光学显微镜对热处理前后涂层的显微组织和形貌特征进行分析;通过HV-1000B显微硬度计对涂层的力学性能进行研究。结果与未经热处理的涂层相比,经过热处理后,组织中树枝晶及胞状晶的数量明显减少,等轴晶粒增多。晶粒长大,合金元素均匀分布,横向及纵向硬度均有不同程度下降。经过固溶处理后的涂层横向与纵向显微硬度的平均值分别为HV350和HV490,未经热处理的涂层横向与纵向显微硬度的平均值分别为HV520和HV556。经热处理后,虽然涂层硬度有所降低,但组织更为均匀,塑性提高,综合性能提高。结论热处理工艺以制备涂层及后续处理的方式改变了单一依靠沉积参数提高涂层性能的方法,使激光熔覆Stellite6合金涂层的综合性能得到了提高。
【图文】：

均匀分布,显微组织形貌,熔覆层

1.1%，4%，1%，3%，3%，余量。1.2方法采用激光熔敷设备在45#碳钢上熔敷Stellite6合金涂层，冷却后用线切割成块。采用OTF-1200X型管式炉对其进行固溶热处理，热处理工艺为1100℃×10h，空冷。将热处理前后的试样打磨抛光后采用稀王水腐蚀，采用Olympus光学显微镜观察涂层微观组织，用HV-1000B显微硬度计，从距涂层顶部0.2mm处，以间隔0.15mm，加载力100N，加载时间15s的方式测量涂层硬度[9—11]。2结果和分析2.1Stellite6合金熔覆层显微组织未经热处理的激光熔覆Stellite6合金涂层横截面显微组织形貌见图1。由图1a可看出，由下至上依次为胞状晶区、较多柱状晶和少量树枝晶夹杂区、树枝晶区，柱状晶和树枝晶夹杂区。激光熔覆时是快速加热和快速凝固过程，组织形态由G（温度梯度）和R（凝固速率）决定，基体与涂层界面有明显胞状晶组织，由于基体的冷却作用使界面前沿处有较小的成分过冷，导致了胞状组织的产生[12]。激光熔覆过程中熔覆方向的改变导致了柱状晶生长方向错杂多变，组织形貌总体表现为柱状晶和树枝晶夹杂生长[13]。图1和图2中组织成层状分布，前层组织比后层组织更加细密，原因是激光熔覆时后层对前层有再热作用，改善层间的冶金结合情况[14]。在涂层右上角存在着缩孔，当液态涂层凝固时，气孔处的液体凝固较慢而导致冷却后产生了缩孔现象。为热处理后激光熔覆Stellite6合金涂层横截面显微组织形貌见图2b—c。由图2b观察可得，涂层中的树枝晶显著减少，等轴晶粒增多。原因固溶处理保温过程中，晶粒形核和长大速度缓慢，合金元素得以均匀分布，减少了树枝晶形成，从而促进了等轴晶的生成。由图2c可观察可得，柱状晶明显粗大，等轴晶增多，树枝晶减少，合金元素得以均匀化。图1未经热

均匀分布,显微组织形貌,熔覆层

·80·表面技术2017年1月图2热处理后熔覆层显微组织形貌Fig.2Microstructureofcladdinglayerafterheattreatment2.2Stellite6合金熔覆层显微硬度Stellite6熔覆层显微硬度见图3，由图3a可知，热处理前钴基涂层纵向显微硬度总体走向由顶端至熔覆界面逐渐降低，至熔覆界面达到最低，硬度平均值为HV556。固溶处理后钴基涂层纵向显微硬度总体走向也由顶端至熔覆界面逐渐降低，至熔覆界面达到最低点，平均值为HV490。由图3b可知，热处理前钴基组织横向显微硬度稳定在HV500至HV550间，硬度基本保持不变，平均值为HV520。热处理后钴基组织横向显微硬度稳定在HV310到HV380间，硬度保持不变，平均值为HV350。对比固溶处理前后，钴基涂层显微硬度横向纵向均有不同程度的下降。固溶为将固溶体加热到高温单相区恒温保持，使基体相充分溶解到固溶体中快冷的热处理工艺。使合金中各元素、相均匀分布，强化固溶体，提高韧性与塑性，降低显微硬度[15]。在1100℃下，固溶处理10h后，晶粒发生了长大，，横向及纵向硬度均有不同大小的下降。图3Stellite6熔覆层显微硬度Fig.3MicrohardnessofStellite6oncladdinglayer3结论1）热处理前Stellite6合金显微组织为胞状晶，柱状晶及树枝晶交错分布。固溶处理使Stellite6合金涂层显微组织得到了改善，大部分树枝晶及胞状晶转变为等轴晶和平面晶，使合金元素均匀分布，并改善了Stellite6涂层间的冶金结合及力学性能。2）Stellite6合金组织显微硬度纵向由顶部至熔覆界面逐渐降低，横向沿界面方向基本相同，热处理后横向及纵向硬度均得到了不同程度的下降。固溶处理后晶粒长大，导致熔覆层硬度下降。参考文献：[1]关振中.激光加工工艺手册[M].北京:中国计量出版社,1998.GUANZhen-zhong.LaserProce

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