激光熔覆铁基耐磨涂层的组织与性能研究

发布时间：2017-06-06 10:14

  本文关键词：激光熔覆铁基耐磨涂层的组织与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汽车模具是汽车生产中的重要消耗部件，对其表面进行强化和修复是提高其耐磨性的重要手段。本文利用6kW光纤激光器在Cr12MoV汽车模具钢表面激光熔覆铁基合金粉，运用金相显微镜和显微硬度仪，研究了激光功率、扫描速度、送粉率对熔覆层成形、尺寸、稀释率及组织结构和微观硬度的影响。结果表明：理想的工艺参数为激光功率2000W，扫描速度4mm/s，送粉率15g/min。该工艺参数下熔覆层晶粒细小，，与基体呈现良好冶金结合，稀释率为9.8%，熔覆层显微硬度最高达900HV。 在铁基合金粉基础上添加Ti-Fe粉和高碳铬铁粉原位合成TiC颗粒增强的Fe基合金复合涂层，分别设计涂层中[Ti+C]所占质量百分比为5%、10%、15%，涂层与基体呈良好的冶金结合，涂层组织细化结构致密，宏观质量较好，无明显裂纹。涂层组织由α-Fe、TiC和Fe3C组成。随着涂层中合成的TiC含量的增加，TiC颗粒形貌由块状转变成花瓣状，熔覆层的显微硬度呈现逐渐上升的趋势。TiC颗粒主要分布在熔覆层上层。透射电镜分析显示TiC颗粒周围出现马氏体组织，由于固态相变和激光的快速冷却形成的板条状高硬度马氏体组织在一定程度上提高了熔覆层硬度。 在Cr12MoV汽车模具钢表面激光熔覆Nb-Fe粉、高碳铬铁粉以及铁基合金粉原位合成NbC颗粒增强的Fe基合金复合涂层。设计涂层中[Nb+C]所占质量百分比分别为5%、10%、20%、30%。涂层组织由α-Fe、γ-Fe、NbC、Fe3C组成。随着涂层中合成的NbC含量的增多，单位面积上NbC颗粒数量增多，且NbC的形貌由四边形向花瓣状转变。在NbC含量10%的铁基合金粉上加入稀土氧化物CeO2，CeO2所占质量百分比分别为2%、4%，稀土氧化物CeO2的加入使得铁基/NbC涂层组织更加细化，XRD分析显示NbC相的半高宽变大，NbC颗粒的晶粒变细小。不同含量稀土氧化物CeO2的加入没有使得物相种类发生明显变化。稀土氧化物CeO2的加入增强了液态金属的流动性，凝固方向不再单一的从底部到顶部，同时减小了基体对熔覆层的稀释。熔覆层中加入4%的CeO2的显微硬度稍高于不加入CeO2的显微硬度。 对激光熔覆铁基/NbC涂层在M-200型环块磨损试验机上进行磨损试验，对比未激光熔覆的Cr12MoV钢，发现随着涂层中NbC含量的增多，试样的耐磨性先增大后减小，10%的Fe基NbC涂层中添加4%稀土氧化物的复合涂层耐磨性最好，磨损失重量最小。激光熔覆铁基/NbC涂层的磨损失效机制主要有磨粒磨损和表面氧化磨损。而未激光熔覆的Cr12MoV钢的磨损机制主要有粘着磨损和表面氧化磨损。激光熔覆铁基/NbC涂层的摩擦系数在0.2到0.3之间浮动，未激光熔覆Cr12MoV钢试样的摩擦系数最低。此外，对激光熔覆铁基TiC涂层在MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机上进行磨损试验，发现随着涂层TiC含量的增多，磨损失重量减小。当TiC含量为15%时，磨损失重量最少，为Cr12MoV钢磨损量的1/3。
【关键词】：激光熔覆 原位合成 耐磨硬质相 显微硬度 耐磨性
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 激光熔覆材料研究现状11-14
• 1.2.2 激光熔覆工艺研究现状14-16
• 1.3 研究目标及研究内容16-19
• 第2章 实验材料及方法19-25
• 2.1 实验材料19-20
• 2.1.1 基体材料19
• 2.1.2 激光熔覆粉末19-20
• 2.2 激光熔覆设备介绍20-22
• 2.2.1 激光器20-21
• 2.2.2 送粉系统21
• 2.2.3 水冷装置21-22
• 2.3 实验分析方法22-23
• 2.3.1 金相组织观察22
• 2.3.2 扫描电镜观察22-23
• 2.3.3 X 射线衍射分析23
• 2.3.4 透射电镜分析23
• 2.4 力学性能测试23-25
• 2.4.1 硬度测试23
• 2.4.2 耐磨性能测试23-25
• 第3章 工艺参数对铁基自熔合金组织及性能的影响25-33
• 3.1 实验用基体材料及实验方法25-26
• 3.2 实验结果及分析26-32
• 3.2.1 激光参数对熔覆层尺寸的影响27-29
• 3.2.2 激光参数对熔覆层稀释率的影响29-30
• 3.2.3 激光参数对熔覆层组织的影响30-31
• 3.2.4 激光参数对熔覆层硬度的影响31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 激光熔覆原位合成碳化物增强铁基熔覆层33-55
• 4.1 激光熔覆材料的选择33-34
• 4.2 原位合成 TiC 增强铁基熔覆层34-40
• 4.2.1 实验材料与工艺参数34-35
• 4.2.2 原位合成 TiC 增强铁基熔覆层相结构35-36
• 4.2.3 原位合成 TiC 增强铁基熔覆层显微组织36-40
• 4.2.4 原位合成 TiC 增强铁基熔覆层显微硬度40
• 4.3 原位合成 NbC 增强铁基熔覆层40-48
• 4.3.1 实验材料与工艺参数40-41
• 4.3.2 原位合成 NbC 增强铁基熔覆层组成及相结构41-42
• 4.3.3 原位合成 NbC 增强铁基熔覆层显微组织42-48
• 4.4 含 RE 铁基 NbC 复合涂层48-53
• 4.4.1 实验材料与工艺参数48
• 4.4.2 含 RE 铁基 NbC 复合涂层组成及相结构48-49
• 4.4.3 含 RE 铁基 NbC 复合涂层显微组织49-52
• 4.4.4 含 RE 铁基 NbC 复合涂层显微硬度52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 激光熔覆层的耐磨性分析55-67
• 5.1 TiC 增强 Fe 基熔覆层耐磨性分析55-58
• 5.1.1 磨损量分析56-57
• 5.1.2 磨损形貌分析57-58
• 5.2 含 RE/Fe 基 NbC 涂层耐磨性分析58-64
• 5.2.1 磨损量分析58-59
• 5.2.2 磨损形貌分析59-62
• 5.2.3 摩擦系数分析62-64
• 5.3 本章小结64-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文73-75
• 致谢75

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