真空环境与基体预热对激光熔覆WC增强镍基合金涂层组织和性能的影响
发布时间：2021-09-19 06:34
在真空和基体预热200℃条件下,采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备WC增强镍基合金涂层,研究了涂层的宏观与微观形貌、物相组成、硬度和耐磨性能,并与在大气环境氮气直吹保护和基体未预热条件下激光熔覆涂层的进行对比。结果表明:在真空和基体预热条件下,涂层中不存在裂纹与气孔,组织均匀致密,以胞状晶为主;涂层物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi组成,Cr23C6硬质相含量低于在大气环境氮气直吹保护和基体不预热条件下的;涂层的平均显微硬度为751.14HV,比在大气环境氮气直吹保护和基体不预热条件下的低约85.43HV;涂层的稳定摩擦因数为0.50,表面磨痕横截面积约为0.4×10-3 mm2,比在大气环境氮气直吹保护和基体不预热条件下的分别降低约23%和58%,耐磨性能显著提高。
【文章来源】：机械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同试样的宏观形貌
由图3可以看出：1#试样涂层的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi组成；2#试样涂层的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3组成。可知，在两种工艺条件下制备的涂层都是由镍基固溶体和金属间化合物组成的。涂层中均未出现WC相，这是因为在大激光功率下，涂层表面的WC极易烧损或分解成W2C和C，分解出的碳元素与其他元素形成新的碳化物[11]。涂层中的铬和碳元素在一定条件下会发生反应，当铬含量较高时生成Cr23C6相，当铬含量较低时生成Cr3C2相。Cr23C6相为尺寸较大的硬质相，会增加涂层的硬度和脆性，从而增大裂纹产生的可能性。通过对比可以发现，1#试样涂层中Cr23C6相的含量明显低于2#试样涂层中的。这主要是由于在真空和基体预热条件下，熔池中液体的流动性好，元素扩散速率加快，涂层中的元素分布更均匀，元素聚集现象减弱，涂层中碳含量相对升高，铬含量相对降低，从而促进Cr23C6相向细小的Cr3C2相转变，因此涂层中的铬碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空环境与基体预热可以减少涂层中粗大的硬质相组织，从而降低开裂倾向[12]。2.3 显微硬度
由图2可以看出：不同试样的涂层与基体间均有一条明亮的结合带，说明两种工艺下基体与涂层间均形成了良好的冶金结合[9];1#试样涂层组织主要为胞状晶，组织均匀致密，涂层中不存在裂纹和明显的气孔；2#试样涂层组织多为树枝晶和柱状晶，组织粗大且不均匀，涂层中存在气孔和贯穿整个涂层的裂纹，并延伸到基体，同时还存在WC聚集区和硬质相聚集区。在真空环境中，熔池内液体的流动性较好，产生的气体可在内外压差的作用下于短时间内快速从熔池中逸出，因此涂层中未见明显的气孔；基体预热可减小涂层的温度梯度，降低裂纹出现的可能性，同时促进铁元素向涂层扩散，降低涂层的熔点，提高液体的流动性，使熔池内成分更均匀[10]，因此涂层组织致密均匀，且主要为胞状晶。在大气环境氮气直吹保护、基体不预热条件下，熔池内液体流动性差，成分不均匀，在结晶时易发生枝晶偏析，从而形成树枝晶和柱状晶；同时液体流动性差还会导致成分聚集，使涂层在靠近结合带的区域出现WC聚集区和硬质相聚集区。此外液体流动性差还会导致产生的气体无法及时从熔池中逸出，因此涂层中存在明显的气孔。当基体未预热时，熔体过冷度大，使得涂层中产生过大的残余热应力，导致涂层在WC聚集区和硬质相聚集区产生了贯穿整个涂层的裂纹，并延伸到基体。由图3可以看出：1#试样涂层的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi组成；2#试样涂层的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3组成。可知，在两种工艺条件下制备的涂层都是由镍基固溶体和金属间化合物组成的。涂层中均未出现WC相，这是因为在大激光功率下，涂层表面的WC极易烧损或分解成W2C和C，分解出的碳元素与其他元素形成新的碳化物[11]。涂层中的铬和碳元素在一定条件下会发生反应，当铬含量较高时生成Cr23C6相，当铬含量较低时生成Cr3C2相。Cr23C6相为尺寸较大的硬质相，会增加涂层的硬度和脆性，从而增大裂纹产生的可能性。通过对比可以发现，1#试样涂层中Cr23C6相的含量明显低于2#试样涂层中的。这主要是由于在真空和基体预热条件下，熔池中液体的流动性好，元素扩散速率加快，涂层中的元素分布更均匀，元素聚集现象减弱，涂层中碳含量相对升高，铬含量相对降低，从而促进Cr23C6相向细小的Cr3C2相转变，因此涂层中的铬碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空环境与基体预热可以减少涂层中粗大的硬质相组织，从而降低开裂倾向[12]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声振动辅助激光熔覆3540Fe/CeO2涂层实验及分析[J]. 王玉玲,刘善勇,张翔宇,刘永武,李荣超. 中国机械工程. 2018(21)
[2]镍基钎料对45#钢激光熔覆镍基WC合金熔覆层缺陷的影响[J]. 周昌欢,林晨,张娟娟,王清春,杜圣恩. 表面技术. 2018(03)
[3]激光功率对Ni基WC熔覆层组织和性能的影响[J]. 李震,孙荣禄. 金属热处理. 2016(09)
[4]光纤激光熔覆铁基合金粉末对45钢表面组织和性能的影响[J]. 何力佳,高睿,赵晓杰,王函. 铸造技术. 2016(01)
[5]机械振动辅助激光熔覆Fe-Cr-Si-B-C涂层的显微组织及界面分布形态[J]. 刘洪喜,陶喜德,张晓伟,杨昕恬. 光学精密工程. 2015(08)
[6]预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,任维彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[7]激光熔覆层裂纹缺陷的研究进展[J]. 徐家乐,李忠国,郭华锋,王凯. 热加工工艺. 2013(08)
[8]Cr3C2对镍基碳化钨激光熔覆层组织与性能的影响[J]. 钟文华,刘贵仲,葛大梁,高原. 金属热处理. 2012(07)
[9]激光熔覆与合金化层的缺陷产生及其防止[J]. 翁铸,伍丽峰,陆文雄. 激光与光电子学进展. 2003(10)
本文编号：3401210
【文章来源】：机械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同试样的宏观形貌
由图3可以看出：1#试样涂层的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi组成；2#试样涂层的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3组成。可知，在两种工艺条件下制备的涂层都是由镍基固溶体和金属间化合物组成的。涂层中均未出现WC相，这是因为在大激光功率下，涂层表面的WC极易烧损或分解成W2C和C，分解出的碳元素与其他元素形成新的碳化物[11]。涂层中的铬和碳元素在一定条件下会发生反应，当铬含量较高时生成Cr23C6相，当铬含量较低时生成Cr3C2相。Cr23C6相为尺寸较大的硬质相，会增加涂层的硬度和脆性，从而增大裂纹产生的可能性。通过对比可以发现，1#试样涂层中Cr23C6相的含量明显低于2#试样涂层中的。这主要是由于在真空和基体预热条件下，熔池中液体的流动性好，元素扩散速率加快，涂层中的元素分布更均匀，元素聚集现象减弱，涂层中碳含量相对升高，铬含量相对降低，从而促进Cr23C6相向细小的Cr3C2相转变，因此涂层中的铬碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空环境与基体预热可以减少涂层中粗大的硬质相组织，从而降低开裂倾向[12]。2.3 显微硬度
由图2可以看出：不同试样的涂层与基体间均有一条明亮的结合带，说明两种工艺下基体与涂层间均形成了良好的冶金结合[9];1#试样涂层组织主要为胞状晶，组织均匀致密，涂层中不存在裂纹和明显的气孔；2#试样涂层组织多为树枝晶和柱状晶，组织粗大且不均匀，涂层中存在气孔和贯穿整个涂层的裂纹，并延伸到基体，同时还存在WC聚集区和硬质相聚集区。在真空环境中，熔池内液体的流动性较好，产生的气体可在内外压差的作用下于短时间内快速从熔池中逸出，因此涂层中未见明显的气孔；基体预热可减小涂层的温度梯度，降低裂纹出现的可能性，同时促进铁元素向涂层扩散，降低涂层的熔点，提高液体的流动性，使熔池内成分更均匀[10]，因此涂层组织致密均匀，且主要为胞状晶。在大气环境氮气直吹保护、基体不预热条件下，熔池内液体流动性差，成分不均匀，在结晶时易发生枝晶偏析，从而形成树枝晶和柱状晶；同时液体流动性差还会导致成分聚集，使涂层在靠近结合带的区域出现WC聚集区和硬质相聚集区。此外液体流动性差还会导致产生的气体无法及时从熔池中逸出，因此涂层中存在明显的气孔。当基体未预热时，熔体过冷度大，使得涂层中产生过大的残余热应力，导致涂层在WC聚集区和硬质相聚集区产生了贯穿整个涂层的裂纹，并延伸到基体。由图3可以看出：1#试样涂层的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi组成；2#试样涂层的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3组成。可知，在两种工艺条件下制备的涂层都是由镍基固溶体和金属间化合物组成的。涂层中均未出现WC相，这是因为在大激光功率下，涂层表面的WC极易烧损或分解成W2C和C，分解出的碳元素与其他元素形成新的碳化物[11]。涂层中的铬和碳元素在一定条件下会发生反应，当铬含量较高时生成Cr23C6相，当铬含量较低时生成Cr3C2相。Cr23C6相为尺寸较大的硬质相，会增加涂层的硬度和脆性，从而增大裂纹产生的可能性。通过对比可以发现，1#试样涂层中Cr23C6相的含量明显低于2#试样涂层中的。这主要是由于在真空和基体预热条件下，熔池中液体的流动性好，元素扩散速率加快，涂层中的元素分布更均匀，元素聚集现象减弱，涂层中碳含量相对升高，铬含量相对降低，从而促进Cr23C6相向细小的Cr3C2相转变，因此涂层中的铬碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空环境与基体预热可以减少涂层中粗大的硬质相组织，从而降低开裂倾向[12]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声振动辅助激光熔覆3540Fe/CeO2涂层实验及分析[J]. 王玉玲,刘善勇,张翔宇,刘永武,李荣超. 中国机械工程. 2018(21)
[2]镍基钎料对45#钢激光熔覆镍基WC合金熔覆层缺陷的影响[J]. 周昌欢,林晨,张娟娟,王清春,杜圣恩. 表面技术. 2018(03)
[3]激光功率对Ni基WC熔覆层组织和性能的影响[J]. 李震,孙荣禄. 金属热处理. 2016(09)
[4]光纤激光熔覆铁基合金粉末对45钢表面组织和性能的影响[J]. 何力佳,高睿,赵晓杰,王函. 铸造技术. 2016(01)
[5]机械振动辅助激光熔覆Fe-Cr-Si-B-C涂层的显微组织及界面分布形态[J]. 刘洪喜,陶喜德,张晓伟,杨昕恬. 光学精密工程. 2015(08)
[6]预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,任维彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[7]激光熔覆层裂纹缺陷的研究进展[J]. 徐家乐,李忠国,郭华锋,王凯. 热加工工艺. 2013(08)
[8]Cr3C2对镍基碳化钨激光熔覆层组织与性能的影响[J]. 钟文华,刘贵仲,葛大梁,高原. 金属热处理. 2012(07)
[9]激光熔覆与合金化层的缺陷产生及其防止[J]. 翁铸,伍丽峰,陆文雄. 激光与光电子学进展. 2003(10)
本文编号：3401210
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