高速钢表面焊丝激光熔覆工艺及熔覆层性能研究

发布时间：2017-08-16 02:04

  本文关键词：高速钢表面焊丝激光熔覆工艺及熔覆层性能研究

  更多相关文章： 焊丝激光熔覆 高速钢 工艺参数 性能测试

【摘要】：为实现高硬焊丝激光熔覆对高速钢刀具进行修复的目的,本文采用Nd:YAG脉冲激光器,利用966T高硬度焊丝在M2高速钢基材表面进行激光熔覆试验。研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层横截面几何形貌以及稀释率的影响规律并通过正交试验对工艺参数进行了优化选择；对高速钢表面焊丝激光熔覆层的化学成分、组织形貌、显微硬度、常温硬度和红硬度、摩擦学特性等进行了试验研究和理论分析,验证了利用高硬焊丝在高速钢表面进行激光熔覆获得满足刀具切削要求涂层的可行性,为高速钢刀具的激光熔覆修复提供理论基础。单道激光熔覆试验表明,工艺参数通过影响激光热输入量实现对熔覆层几何形貌的影响,随着激光电流、脉冲宽度的增加熔覆层厚度减小,熔深、熔宽增大；随着扫描速度的增大,熔宽、熔深有上升的趋势,但当扫描速度高于100mm/min时,由于能量密度降低以及热量损失增大,熔宽趋于平稳,熔深开始显著减小；随着镜头离焦量的增加,熔宽先增后减,熔深显著减小,熔覆层厚度变化不明显。正交试验结果显示,离焦量对稀释率的影响趋势最大,在α=0.005水平上显著；激光电流、脉冲宽度均对稀释率的影响趋势在α=0.05的水平上显著；扫描速度对稀释率的影响趋势最小,在α=0.1的水平上仍不显著。利用正交试验以稀释率的最小值为选择标准,对焊丝激光熔覆工艺参数组合进行优化选择,获得的优选工艺参数为电流、脉宽、离焦量、扫描速度分别为130A或135 A、4.5 ms、2 mm、195 mm/min。熔覆层形貌观察表明,单道熔覆层横截面由于脉冲激光作用显著分层,上层为重复熔化区,主要由密集分布的等轴晶和树枝晶组成,下层为单次熔化区,主要为柱状树枝状晶；多道熔覆层表面呈鱼鳞状形貌,各脉冲点区域存在明显的边界。硬度分析表明,试样截面内部存在4个硬度值分布区域,其中以熔合线附近区域的显微硬度值最大,表层区域硬度值最小,估算熔覆热影响区大小在150-200 μm之间；熔覆层的样洛氏硬度和红硬性均低于高速钢基材,但仍在HRC 60以上,满足金属切削刀具硬度要求,证明了高速钢表面高硬焊丝激光熔覆修复刀具的可行性。摩擦磨损试验表明,与硬度较低的GCrl5磨头进行往复摩擦试验时,熔覆层摩擦状态不如高速钢基材稳定,两者的磨损形式均为粘着磨损；与高硬度硬质合金磨头进行往复摩擦试验时,由于熔覆层表面具有硬脆倾向,使其磨损形式同时存在粘着磨损与磨料磨损,通过测量磨损失重量可得高速钢基材与熔覆层耐磨性相近,表明熔覆层的耐磨性满足高速钢刀具修复的需要。
【关键词】：焊丝激光熔覆 高速钢 工艺参数 性能测试
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 激光熔覆技术12-17
• 1.2.1 激光熔覆技术概述12-13
• 1.2.2 激光熔覆的分类13-15
• 1.2.3 激光熔覆设备15-17
• 1.3 高速工具钢材料简介17-19
• 1.3.1 高速钢概述17-18
• 1.3.2 高速钢的分类18-19
• 1.3.3 高速钢成分特点与合金元素作用19
• 1.4 国内外研究现状19-21
• 1.5 本文研究内容21-23
• 第二章 试验材料及试验方法23-32
• 2.1 试验材料23
• 2.2 试验方法23-32
• 2.2.1 基材与焊丝的预处理24
• 2.2.2 激光熔覆试验24-28
• 2.2.3 熔覆层性能检测与分析28-32
• 第三章 高速钢表面焊丝激光熔覆工艺研究32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 激光熔覆工艺参数对熔覆层几何形貌的影响32-38
• 3.2.1 试验参数的选取32-33
• 3.2.2 试验结果分析33-38
• 3.3 激光熔覆工艺参数的优化选择38-46
• 3.3.1 稀释率分析38-39
• 3.3.2 正交试验表的设计39-41
• 3.3.3 正交试验结果及分析41-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 高速钢表面焊丝激光熔覆层组织性能分析47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 高速钢表面焊丝激光熔覆层制备47
• 4.3 熔覆层化学成分分析及微观组织观察47-50
• 4.3.1 化学成分分析47-48
• 4.3.2 熔覆层的显微观测48-50
• 4.4 熔覆层硬度分析50-52
• 4.4.1 熔覆层截面的显微硬度分析50-51
• 4.4.2 熔覆层洛氏硬度分析51-52
• 4.4.3 熔覆层红硬性分析52
• 4.5 熔覆层摩擦学性能试验52-56
• 4.5.1 GCr15磨头往复摩擦试验52-54
• 4.5.2 硬质合金磨头往复摩擦试验54-56
• 4.5.3 熔覆层的耐磨性分析56
• 4.6 本章小结56-58
• 结论58-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士期间发表论文65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 高晓龙;刘晶;张林杰;张建勋;;Nd:YAG激光器焊接钛合金薄板的工艺研究[J];焊接;2014年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 黄柏颖;激光直接沉积TC11钛合金组织及性能研究[D];山东建筑大学;2013年

，

本文编号：680903