基于Cr12MoV的激光熔覆技术研究

发布时间：2017-07-08 21:20

  本文关键词：基于Cr12MoV的激光熔覆技术研究

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【摘要】：本文以模具工业中常用Cr12MoV冷作模具钢为研究对象,采用光纤激光器以及相关辅助设备在基材表面进行熔覆实验,通过探究不同工艺参数对熔覆层宏观样貌、熔覆层相关尺寸及金相组织的影响,确定最佳工艺参数,为模具的修复应用奠定一定的基础。首先利用有限元数值分析软件进行激光熔覆温度场的模拟,通过改变激光功率和扫描速度,得到不同功率和扫描速度下的温度场分布特点:熔池呈现彗星状的拖尾形状,熔池周围温度梯度大,随功率增大,熔池温度变化量增大。远离熔池的基体受热影响区域可达三分之一,温度梯度小。扫描速度的变化对于熔池温度变化量影响不明显。并得到工艺参数的参考范围:扫描速度6mm/s-10mm/s,激光功率200W-1000W。然后探究淬火和退火两种不同热处理状态的基体对熔覆层性能的影响。通过固定扫描速度和送粉电压,改变激光功率为可变工艺参数,在淬火和退火不同热处理状态基体表面熔覆Ni60A和70%Ni60A+30%WC粉末。对熔覆层性能指标的检测结果分析表明,在不同热处理状态基体上选择相同的参数和粉末进行激光熔覆,其熔覆层的性能无明显不同,即熔覆层性能只与熔覆工艺参数相关,与基体热处理状态关系不大,在零部件的关键位置,可采用在退火基体激光熔覆处理,即可以实现工作性能要求,还能避免淬火处理的微热变形。其次将Ni60A粉末作为熔覆粉末在淬火状态基体进行熔覆实验,通过比较激光功率和扫描速度对熔覆层宏观外貌和宽度、高度尺寸以及熔覆层硬度的影响得到最佳工艺参数,其最佳工艺参数为扫描速度10mm/s、激光功率200W、送粉电压8V。结果表明:熔覆层由三部分组成,包括熔覆区、结合区、热影响区。热影响区存在部分黑色絮状物。熔覆区的显微组织主要为胞状和枝状晶体结构,组织内部没有明显裂纹和气孔,上部组织细小均匀,下部组织粗大稀疏。熔覆区和基体出现白亮波浪状结合,此类结合可增强熔覆层的抗磨损能力。同时将实验与温度场的模拟结果相结合,验证温度场模拟结果的可靠性,并进行兴城粉末冶金厂冲头磨破损区域的修复。最后针对回转体类零部件特点,利用板材激光熔覆所得最佳工艺参数,选择周向旋转、轴向直线和螺旋线三种不同的熔覆路径进行实验,通过对照熔覆层相关性能指标,得到其回转体的最优熔覆路径为螺旋线路径,又将工艺参数通过实验分析进一步优化,得到在螺旋线路径下的最佳工艺参数是激光功率为900W,送粉电压为14V,最后进行立德减震器厂冲压模具磨破损区域的激光熔覆修复。
【关键词】：激光熔覆修复工艺 Cr12MoV 回转体 有限元模拟 温度场
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 课题来源及意义12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.3.1 国外研究现状12
• 1.3.2 国内研究现状12-13
• 1.4 课题研究内容13-16
• 2 激光熔覆应用研究理论基础16-22
• 2.1 Cr12MoV的失效形式16-17
• 2.2 Cr12MoV冷作模具表面处理技术17
• 2.3 激光熔覆技术17-21
• 2.3.1 Cr12MoV激光熔覆技术简介17-18
• 2.3.2 Cr12MoV熔覆层形成机理18-19
• 2.3.3 工艺参数对Cr12MoV熔覆层影响19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 实验内容与研究方法22-26
• 3.1 实验材料22
• 3.1.1 基体材料22
• 3.1.2 熔覆粉末22
• 3.2 实验设备22-23
• 3.3 熔覆技术路线23-25
• 3.3.1 单道激光熔覆23-24
• 3.3.2 多道单层激光熔覆24
• 3.3.3 多道多层激光熔覆24-25
• 3.4 试样表征及熔覆层性能25
• 3.5 金相试样的制备25
• 3.6 本章小结25-26
• 4 温度场的数值模拟26-33
• 4.1 建立模型26-29
• 4.1.1 数学模型26
• 4.1.2 边界条件26-27
• 4.1.3 定义材料属性27-28
• 4.1.4 三维模型及网格划分28-29
• 4.1.5 高斯热源的施加29
• 4.2 温度场模拟结果29-31
• 4.2.1 激光功率对温度场的影响29-30
• 4.2.2 扫描速度对温度场的影响30-31
• 4.3 本章小结31-33
• 5 激光熔覆修复Cr12MoV模具表面的工艺研究33-59
• 5.1 不同热处理状态Cr12MoV表面的激光熔覆33-41
• 5.1.1 实验材料及数据33
• 5.1.2 工艺参数对熔覆层宏观质量影响33-36
• 5.1.3 工艺参数对熔覆层微观尺寸影响36-39
• 5.1.4 熔覆层硬度分析39-40
• 5.1.5 金相显微组织分析40-41
• 5.2 淬火状态Cr12MoV模具表面的激光熔覆41-55
• 5.2.1 实验材料及数据41
• 5.2.2 工艺参数对熔覆层宏观质量影响41-45
• 5.2.3 工艺参数对熔覆层微观尺寸影响45-48
• 5.2.4 工艺参数对熔覆层硬度的影响48-51
• 5.2.5 多道单层搭接熔覆51-52
• 5.2.6 多道多层搭接熔覆52-53
• 5.2.7 多道搭接熔覆层微观组织53-55
• 5.3 Cr12MoV冲头熔覆修复55-56
• 5.4 缺陷分析及解决办法56-57
• 5.5 本章小结57-59
• 6 Cr12MoV钢回转体的激光熔覆修复59-66
• 6.1 熔覆路径59-61
• 6.1.1 熔覆路径选择59-60
• 6.1.2 熔覆路径比较60-61
• 6.2 工艺参数的优化61-62
• 6.3 多道单层搭接62-63
• 6.4 多道单层熔覆层硬度63-65
• 6.5 Cr12MoV冲压凸模熔覆修复65
• 6.6 本章小结65-66
• 7 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71

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