H13钢表面激光熔覆CoCrFeNiSiB非晶覆层的组织与性能研究

发布时间：2017-10-29 14:18

  本文关键词：H13钢表面激光熔覆CoCrFeNiSiB非晶覆层的组织与性能研究

  更多相关文章： 激光熔覆 非晶覆层 显微结构 高温耐磨性

【摘要】：非晶合金涂/覆层具备高硬度、高耐腐蚀性和优异的中高温力学性能,可显著提高发动机关键零部件、舰船关键零部件、热作模具、核废料储存罐和采石采油结构件的耐磨、耐蚀及高温性能。课题针对高精密热作模具钢的激光表面改性和堆焊再制造,首次采用普通自熔性合金粉末,在H13热作模具钢表面成功制备了C℃r Fe Ni Si B合金非晶覆层。主要的研究内容包括激光熔覆Co Cr Fe NiSi B非晶覆层工艺优化、非晶覆层的显微织构和相组成分析、非晶覆层的热稳定性分析、非晶覆层的高温力学性能特征及形成机理研究,最后,课题揭示了熔覆粉末中主要合金元素含量的变化对非晶覆层组织和性能的影响规律。采用正交试验的方法,以显微硬度、稀释率和高温耐磨性作为评价标准,对激光熔覆工艺参数进行优化并制备了Co_(34)Cr_(29)Fe_8Ni_8Si_7B_(14)非晶覆层。采用场发射扫描电镜、X-射线衍射仪和透射电镜研究了非晶覆层的相组成及非晶相含量。根据非晶覆层的组织形貌特征,将覆层横截面划分为两部分,即非晶区和根部枝晶区。覆层根部枝晶区高度约为10μm,非晶区非晶相含量高于85%,晶化相为(Co,Fe)固溶体相。采用差示扫描量热法研究了Co_(34)Cr_(29)Fe_8Ni_8Si_7B_(14)非晶覆层的热稳定性。结果证明,覆层的玻璃化温度Tg约为298℃,晶化温度Tx为342℃,过冷液相区宽度ΔTx约为44℃。根据Kissinger方程,讨论了晶化温度Tx与结晶过程激活能E的关系,提出非晶覆层的热稳定性取决于覆层的成分。覆层的力学性能检测结果表明,非晶区的显微硬度约为基体显微硬度的6倍;500℃摩擦磨损条件下,覆层的摩擦系数约为0.15,非晶区的磨损机制为磨粒磨损+少量氧化磨损+少量脆性剥落。研究了(Fe_(100-x))_(42)Cr_(29)Ni_8Si_7B_(14)(x=48,43,38,33,28)非晶覆层中Co元素原子含量变化对覆层组织和性能的影响规律。发现覆层由枝晶区和非晶-等轴晶区组成。枝晶区中(Fe,Ni)固溶体相和(Co,Fe)固溶体相为基体相,析出相包括:Cr化合物+Ni-Ni3B共晶组织+硼化物+碳化物等,Co原子含量减少,根部柱状晶高度由15μm增大至50μm。Co原子含量减少,等轴晶尺寸由1μm增大至2-3μm,覆层非晶-等轴晶区中Co Fe15.7和γ(Fe,Ni)相含量增大,非晶相含量减小,显微硬度值由约850HV0.2减小至约650HV0.2,高温摩擦系数和磨损率均显著升高,高温磨损表面氧化物尺寸由20μm增大至400μm,分布位置由磨痕内部扩展至磨痕边缘,磨损表面的磨损机制均为磨粒磨损+氧化磨损。根据非晶相和晶化相存在力学性能差异,提出使用冲击磨损+XRD方法分析确定(Fe_(100-x))_(42)Cr_(29)Ni_8Si_7B_(14)(x=48,43,38,33,28)非晶覆层中的晶化相的相组成,冲击磨损后晶化相的微观形貌可直接采用扫描电子显微镜观测。
【关键词】：激光熔覆 非晶覆层 显微结构 高温耐磨性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 非晶合金11-12
• 1.3 激光熔覆技术12
• 1.4 激光熔覆制备非晶覆层的研究进展12-17
• 1.5 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 试验材料和方法19-28
• 2.1 试验材料19-24
• 2.1.1 基体材料19
• 2.1.2 熔覆粉末19-24
• 2.2 试验设备、过程和分析方法24-28
• 2.2.1 激光熔覆系统24
• 2.2.2 激光熔覆试验过程和技术路线24-25
• 2.2.3 显微组织和物相分析25-26
• 2.2.4 熔覆层性能测试26-28
• 第3章 激光熔覆试验工艺优化研究28-36
• 3.1 正交试验方案28-29
• 3.2 熔覆层的性能评价29-31
• 3.2.1 高温耐磨性29-30
• 3.2.2 显微硬度30
• 3.2.3 稀释率30-31
• 3.3 极差分析法31-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 CoCr Fe Ni Si B非晶覆层组织与性能研究36-48
• 4.1 CoCrFeNiSiB非晶相的XRD分析36
• 4.2 CoCrFeNiSiB非晶覆层的微观组织分析36-41
• 4.3 CoCrFeNiSiB非晶覆层的显微硬度分析41-43
• 4.4 CoCrFeNiSiB非晶覆层的热稳定性分析43-45
• 4.5 CoCrFeNiSiB非晶覆层的高温耐磨性分析45-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 Co原子含量变化对CoCrFeNiSiB非晶覆层组织和性能的影响48-68
• 5.1 Co原子含量变化对CoCrFeNiSiB非晶覆层微观组织的影响48-57
• 5.1.1 物相分析49-50
• 5.1.2 组织形貌分析50-53
• 5.1.3 HRTEM分析53-56
• 5.1.4 元素分布分析56-57
• 5.2 Co原子含量变化对CoCrFeNiSiB非晶覆层的显微硬度影响57
• 5.3 Co原子含量变化对CoCrFeNiSiB非晶覆层高温耐磨性的影响57-63
• 5.4 一种确定非晶覆层中晶化相的新方法63-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果76-78
• 致谢78

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本文编号：1113339