球墨铸铁表面激光熔覆TiC/钴基合金组织和性能研究
发布时间：2021-06-08 06:53
采用激光熔覆方法在球墨铸铁表面制备30%TiC/钴基合金熔覆层,通过OM、SEM、EDS、XRD、TEM、MHV2000数显显微硬度计,分析了熔覆层的显微组织、成分、物相、熔覆层的硬度变化规律。结果表明,球墨铸铁基体与熔覆层能形成良好的冶金结合,熔覆层由表层的树枝晶和内部的胞状晶组成,从熔体中原位析出初晶TiC,且初晶TiC的量从熔覆层内部到表层逐渐增加,而未熔的TiC颗粒在晶间均匀分布,熔覆层主要由γ-Co、TiC、CoCx和少量的Cr7C3相组成,熔覆层的最高硬度是1278.8 HV0.2,提高到球墨铸铁基体的5倍以上。
【文章来源】：金属学报. 2017,53(04)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
激光熔覆层横截面的宏观形貌和微观组织
金属学报53卷及分布于枝晶间的黑色TiC颗粒；图2b为熔覆层中间层组织，树枝晶消失，形成了胞状晶；图2c为熔覆层和基体的结合部位组织，主要为胞状晶、胞状枝晶和黑色颗粒状TiC；图2d为熔覆层热影响区组织，形成了片状马氏体、少量残余奥氏体和石墨球；图2a~c共同特征是涂层中都含有TiC，其中，除未熔的黑色TiC颗粒外，还有溶解的TiC在凝固过程中原位析出的细小TiC初晶颗粒。在激光辐照时，TiC粉末对激光能量的吸收率比钴基合金高很多[20,21]，同等条件下，TiC吸收的能量更多，不仅小颗粒TiC或较高温度的涂层表面处TiC颗粒将全部被溶解，而且大颗粒TiC的边缘或凸起部位也部分溶解[22]。随着激光束的移动，熔池温度迅速下降，合金熔体中溶解的Ti和C又从熔体中重新析出TiC。由图2可看到，球墨铸铁基体表面(图2d)到熔覆图1激光熔覆层横截面的宏观形貌和微观组织Fig.1Macroscopicmorphology(a)andmicrostructure(b)ofthecrosssectionoflasercladdinglayer(CZ—claddingzone,BZ—bondedzone,HAZ—heataffectedzone,SUB—substrate)图2球墨铸铁表面30%TiC/钴基合金激光熔覆层横截面组织形貌Fig.2Microstructuresofthe30%TiC/Co-basedalloylasercladdinglayeronthesurfaceofductilecastiron(a)nearsurface(b)middlezoneoflayer(c)combiningzone(d)HAZ474
而凝固组织从胞晶转变为发达的树枝晶。熔覆层熔体凝固开始时，由于快速凝固的溶质捕获效应[23]，使TiC的析出较少，随着凝固的进行，结晶潜热的释放使凝固速度减小，溶质捕获效应减弱，在凝固后期，即熔覆层的表层凝固时，TiC初生相大量析出，从而使熔覆层中析出的TiC在表层分布较多，而在熔覆层的下层和中间层分布较少，而未熔化的TiC颗粒则在整个熔覆层中呈现出不均匀分布状态。2.230%TiC/钴基合金激光熔覆层成分和物相组成分析为了探明熔覆层中各元素的分布情况，利用EPMA对熔覆层横截面进行了线扫描，如图3所示。结果表明：Ti在熔覆层表层含量较多，在远离熔覆层表层含量相对较少(图3b)；除了基体中C元素的扩散而导致的C元素在结合区和热影响区含量较高外，C元素分布和Ti一致(图3c)，由此可推断熔覆层表层TiC颗粒含量相对较多。图4是激光熔覆层(CZ)共晶组织的SEM像和EDS分析结果。由图可见，在共晶组织中弥散分布着很多暗黑色相，由EDS结果可推断暗黑色相为TiC颗粒和溶解TiC又析出形成的枝晶，这也证实了图2中树枝晶间均匀分布的黑色相为TiC颗粒和溶解TiC形成的枝晶。为确定熔覆层中物相，对熔覆层进行XRD分析，结果如图5所示。表明熔覆层主要由g-Co、TiC、图3熔覆层横截面线扫描方向和元素分布Fig.3Scanningdirection(a)andelementdistribu-tionsofTi(b)andC(c)ofcrosssectionofcladdinglayer图4激光熔覆层横截面SEM像和EDS结果Fig.4CrosssectionalSEMimageofcladdinglayer(a)andEDSanalysesofpointsI(b)andII(c)inFig.4a童文辉等：球墨铸铁表面激光熔覆TiC/钴基合金组织和性能研究475
【参考文献】：
期刊论文
[1]热锻模激光熔覆Co基WC涂层的高温磨损性能研究[J]. 徐卫仙,张群莉,姚建华. 应用激光. 2013(04)
[2]激光熔覆原位合成TiC-TiB2增强钴基复合涂层的研究[J]. 何良华,周芳,杨蕙瑶. 激光技术. 2013(03)
[3]机械振动辅助激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层中颗粒相行为特征[J]. 王传琦,刘洪喜,周荣,蒋业华,张晓伟. 金属学报. 2013(02)
[4]激光熔覆修复合金球墨铸铁风冷辊的研究[J]. 谢雨田,吴光辉,王春霞,周圣丰. 热加工工艺. 2012(24)
[5]球墨铸铁表面激光熔覆铁基合金层的组织与性能[J]. 李养良,杜大明,王利. 机械工程材料. 2011(10)
[6]球墨铸铁表面激光熔覆Fe-Cr-Si-B涂层[J]. 张静,刘继常,张福全,鄢锉,杨柳杉,倪立斌. 材料热处理学报. 2010(05)
[7]不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究[J]. 涂义,张永忠,席明哲. 稀有金属. 2008(05)
[8]铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末的磨损特性[J]. 张云凤,闫玉涛,孙志礼. 润滑与密封. 2007(07)
[9]55Mn钢表面激光熔覆原位析出颗粒增强Ni基复合涂层的组织与性能[J]. 李晶,钟敏霖,刘文今. 金属热处理. 2006(11)
[10]球墨铸铁表面激光熔覆钴基合金涂层的研究[J]. 杨胶溪,左铁钏,徐文清,高协清. 激光技术. 2006(05)
博士论文
[1]H13钢表面激光熔覆TiC/Co基涂层及其高温磨损性能研究[D]. Pham Thi Hong Nga（范氏红娥）.昆明理工大学 2013
硕士论文
[1]2Cr12MoV表面激光熔覆Stellite 6涂层的组织及性能研究[D]. 赵文雨.上海交通大学 2015
[2]基于复合堆焊的激光熔覆修复技术的实验研究[D]. 高宾.上海交通大学 2010
本文编号：3217900
【文章来源】：金属学报. 2017,53(04)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
激光熔覆层横截面的宏观形貌和微观组织
金属学报53卷及分布于枝晶间的黑色TiC颗粒；图2b为熔覆层中间层组织，树枝晶消失，形成了胞状晶；图2c为熔覆层和基体的结合部位组织，主要为胞状晶、胞状枝晶和黑色颗粒状TiC；图2d为熔覆层热影响区组织，形成了片状马氏体、少量残余奥氏体和石墨球；图2a~c共同特征是涂层中都含有TiC，其中，除未熔的黑色TiC颗粒外，还有溶解的TiC在凝固过程中原位析出的细小TiC初晶颗粒。在激光辐照时，TiC粉末对激光能量的吸收率比钴基合金高很多[20,21]，同等条件下，TiC吸收的能量更多，不仅小颗粒TiC或较高温度的涂层表面处TiC颗粒将全部被溶解，而且大颗粒TiC的边缘或凸起部位也部分溶解[22]。随着激光束的移动，熔池温度迅速下降，合金熔体中溶解的Ti和C又从熔体中重新析出TiC。由图2可看到，球墨铸铁基体表面(图2d)到熔覆图1激光熔覆层横截面的宏观形貌和微观组织Fig.1Macroscopicmorphology(a)andmicrostructure(b)ofthecrosssectionoflasercladdinglayer(CZ—claddingzone,BZ—bondedzone,HAZ—heataffectedzone,SUB—substrate)图2球墨铸铁表面30%TiC/钴基合金激光熔覆层横截面组织形貌Fig.2Microstructuresofthe30%TiC/Co-basedalloylasercladdinglayeronthesurfaceofductilecastiron(a)nearsurface(b)middlezoneoflayer(c)combiningzone(d)HAZ474
而凝固组织从胞晶转变为发达的树枝晶。熔覆层熔体凝固开始时，由于快速凝固的溶质捕获效应[23]，使TiC的析出较少，随着凝固的进行，结晶潜热的释放使凝固速度减小，溶质捕获效应减弱，在凝固后期，即熔覆层的表层凝固时，TiC初生相大量析出，从而使熔覆层中析出的TiC在表层分布较多，而在熔覆层的下层和中间层分布较少，而未熔化的TiC颗粒则在整个熔覆层中呈现出不均匀分布状态。2.230%TiC/钴基合金激光熔覆层成分和物相组成分析为了探明熔覆层中各元素的分布情况，利用EPMA对熔覆层横截面进行了线扫描，如图3所示。结果表明：Ti在熔覆层表层含量较多，在远离熔覆层表层含量相对较少(图3b)；除了基体中C元素的扩散而导致的C元素在结合区和热影响区含量较高外，C元素分布和Ti一致(图3c)，由此可推断熔覆层表层TiC颗粒含量相对较多。图4是激光熔覆层(CZ)共晶组织的SEM像和EDS分析结果。由图可见，在共晶组织中弥散分布着很多暗黑色相，由EDS结果可推断暗黑色相为TiC颗粒和溶解TiC又析出形成的枝晶，这也证实了图2中树枝晶间均匀分布的黑色相为TiC颗粒和溶解TiC形成的枝晶。为确定熔覆层中物相，对熔覆层进行XRD分析，结果如图5所示。表明熔覆层主要由g-Co、TiC、图3熔覆层横截面线扫描方向和元素分布Fig.3Scanningdirection(a)andelementdistribu-tionsofTi(b)andC(c)ofcrosssectionofcladdinglayer图4激光熔覆层横截面SEM像和EDS结果Fig.4CrosssectionalSEMimageofcladdinglayer(a)andEDSanalysesofpointsI(b)andII(c)inFig.4a童文辉等：球墨铸铁表面激光熔覆TiC/钴基合金组织和性能研究475
【参考文献】：
期刊论文
[1]热锻模激光熔覆Co基WC涂层的高温磨损性能研究[J]. 徐卫仙,张群莉,姚建华. 应用激光. 2013(04)
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[5]球墨铸铁表面激光熔覆铁基合金层的组织与性能[J]. 李养良,杜大明,王利. 机械工程材料. 2011(10)
[6]球墨铸铁表面激光熔覆Fe-Cr-Si-B涂层[J]. 张静,刘继常,张福全,鄢锉,杨柳杉,倪立斌. 材料热处理学报. 2010(05)
[7]不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究[J]. 涂义,张永忠,席明哲. 稀有金属. 2008(05)
[8]铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末的磨损特性[J]. 张云凤,闫玉涛,孙志礼. 润滑与密封. 2007(07)
[9]55Mn钢表面激光熔覆原位析出颗粒增强Ni基复合涂层的组织与性能[J]. 李晶,钟敏霖,刘文今. 金属热处理. 2006(11)
[10]球墨铸铁表面激光熔覆钴基合金涂层的研究[J]. 杨胶溪,左铁钏,徐文清,高协清. 激光技术. 2006(05)
博士论文
[1]H13钢表面激光熔覆TiC/Co基涂层及其高温磨损性能研究[D]. Pham Thi Hong Nga（范氏红娥）.昆明理工大学 2013
硕士论文
[1]2Cr12MoV表面激光熔覆Stellite 6涂层的组织及性能研究[D]. 赵文雨.上海交通大学 2015
[2]基于复合堆焊的激光熔覆修复技术的实验研究[D]. 高宾.上海交通大学 2010
本文编号：3217900
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