Fe65改性合金覆层制备与高温性能研究

发布时间：2020-06-21 21:30

【摘要】：热作模具作为工业模具的重要组成部分,其服役条件十分苛刻,表面的瞬时温度可以超过600℃,某些区域会达到700℃;与此同时,热作模具还需承受循环加热和冷却带来的热冲击应力的影响,极易产生失效。因此,利用表面熔覆技术对热作模具进行表面改性或修复,从而延长热作模具的使用性能与使用寿命,具有极大的市场应用价值。本文利用等离子熔覆加工方法,在H13钢基体上制备了以Fe65自熔性合金粉末为基础,适量添加Mo、V、W元素的Fe65改性合金覆层,分别表征并分析了各试样的成型状态、界面结合状态、组织结构、合金元素分布、物相组成;测定、表征并分析了各试样的硬度分布情况、高温回火抗性、高温耐磨性、高温抗氧化性等。工艺性能及组织结构研究表明,当熔覆电流110AI120A、改性元素加入量20%时,覆层成型状态良好、界面结合牢固、元素过度平滑;与Fe65覆层组织类似,改性覆层含有较多Cr、Mo、W、V元素,基体组织为板条马氏体,其间分布黑色团状珠光体加少量残余奥氏体;高温回火前,改性覆层显微硬度(600~690HV_(0.1))明显高于H13钢(440 HV_(0.1))与Fe65覆层(560HV_(0.1));经600℃高温回火,Fe65覆层由于板条马氏体的回复与再结晶作用使得其硬度明显下降(降幅约300 HV_(0.1)),改性覆层由于残余奥氏体的转变与MC型特殊碳化物的析出作用,使得其硬度下降轻微(约150HV_(0.1)),继而体现出优异的高温回火抗性。球-盘式摩擦磨损试验发现,3号改性覆层的高温摩擦系数μ最小(0.25),分别仅相当于H13钢、Fe65覆层的62.5%及50.1%。磨损形貌观察发现,H13钢试样呈现较严重的氧化磨损、粘着磨损与浅层剥落;Fe65覆层呈现一定程度的氧化磨损、磨粒磨损和少量疲劳磨损;3号改性覆层呈现轻微的氧化磨损和不同程度的磨粒磨损,覆层中固溶体与MC型碳化物的共同强化作用,抑制了基体的片状剥离、阻止了硬质颗粒相的脱落,减轻了磨粒磨损,提高了材料高温耐磨性;4号改性覆层由于碳化物出现了聚集和长大现象,加剧了磨粒磨损现象,导致高温耐磨性略差于3号改性覆层。H13钢在600℃下氧化严重,氧化动力曲线最高,表面呈黑色且存在氧化皮剥落的现象;Fe65试样表面氧化物多为Cr_2O_3,表面出现点蚀状缺陷;3号改性覆层依旧保持有金属光泽,表面氧化物推测为Cr_2O_3、SiO_2、Mo_5Si_3,氧化膜连续、致密,氧化动力曲线最低,高温抗氧化性最好;4号改性覆层内部碳化物出现了聚集和长大现象,成为氧化薄弱区域,高温抗氧化性较3号改性覆层差。综上所述,3号改性覆层的高温综合性能明显优于Fe65基础覆层与H13钢,对热作模具表面改性研究具有重要的参考价值。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

图 2-1 XGB4 型行星球磨机-2 等离子熔覆各粉末化学成分(质量分数 Cr Si B Mo W55 26.55 3.85 3.55 - 42 25.22 3.66 3.37 2 32 24.16 3.50 3.23 2 22 23.10 3.35 3.09 4 07 21.51 3.12 2.88 8

图 2-2 F8-1 型等离子堆焊机组织及成分分析组织观察试板利用线切割机进行切割取样（10mm×的方向进行切割，以便获得组织完整的横和观测，采用镶嵌机（XQ-1 型，镶嵌粉用随后利用水磨砂纸对试样依次进行磨制（从 试样进行抛光，抛光剂采用 Cr2O3水溶液。溶液进行腐蚀（腐蚀时间约 5s/个） ，最后机对试样进行干燥，留待金相组织观察和电

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本文编号：2724669