H13鋼表面激光熔覆改性組織性能研究.pdf

1、H13(4Cr5MoSiV1)是廣泛使用的熱作模具鋼，具有較高的熱強(qiáng)度和硬度、高的耐磨性和韌性及較好的耐熱疲勞性能，廣泛應(yīng)用于制造各類鍛模、熱擠壓模，以及鎂、鋁及其合金的壓鑄模。熱作模具在使用過程中承受著磨損、熱疲勞、沖蝕、應(yīng)力腐蝕、表面熱焊合等物理、化學(xué)作用，因而其使用壽命較低。眾所周知，模具的失效首先是從表面開始的，因此改善表面組織及性能可有效提高模具的使用壽命。H13鋼表面激光熔覆是利用激光的高輻射、高亮度、高方向性、高單色性特點(diǎn)

2、，使材料的表面性能得到提高，特別是材料的表面硬度、耐磨性、耐蝕性和耐高溫性的改進(jìn)，從而提高熱作模具的使用壽命。實(shí)際生產(chǎn)中需要對產(chǎn)品進(jìn)行大面積熔覆，但通常入射激光光斑直徑較小，最簡單易行的辦法是通過激光掃描帶間的相互搭接來滿足要求。高熵合金是近年來興起的一種新型合金材料，是由五種或五種以上主要元素按等摩爾比或近似等摩爾比組合而成的具有金屬特性的材料，晶體結(jié)構(gòu)傾向于形成簡單體心或者簡單面心結(jié)構(gòu)的固溶體而非金屬化合物，高熵合金的性能比傳統(tǒng)合金

3、具有較大優(yōu)勢。
　　本文通過優(yōu)化激光參數(shù)，利用Nd∶YAG脈沖固體激光器，在H13鋼基體上分別激光熔覆Al0.5CoCrCuFeNiSi高熵合金涂層和Ni60涂層。主要利用金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、顯微硬度儀、高溫高速磨損試驗(yàn)機(jī)和CS350型腐蝕電化學(xué)工作站等設(shè)備對激光熔覆層的顯微組織、截面成分、物相、顯微硬度以及耐磨性能和耐蝕性能進(jìn)行了分析研究。
　　實(shí)驗(yàn)得到了優(yōu)化后的多道搭接工藝參數(shù)，H13鋼激光熔覆高熵合金涂

4、層:電流135A、掃描速度200mm/min、離焦量45mm、搭接率45％。在H13鋼表面得到了組織性能較好的高熵合金涂層，涂層組織致密，有少量裂紋及氣孔等缺陷，與基體形成了較好的冶金結(jié)合。
　　兩種涂層材料的熔覆層均具有典型的激光快速凝固組織特征。熔覆層組織為平面晶、胞狀晶和樹枝晶的混合結(jié)構(gòu);熔覆層與基體界面結(jié)合處為平面晶，熔覆層底部及中部多為垂直于結(jié)合面生長的胞狀晶和樹枝晶，多表現(xiàn)為“帶”狀組織，熔覆層表層為方向紊亂的樹枝晶。

5、H13鋼激光熔覆高熵合金涂層組織主要熔覆層組織是由具有BCC結(jié)構(gòu)和FCC結(jié)構(gòu)的固溶體組成，細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化是熔覆層硬度提高的主要原因;Ni60熔覆層以(Ni，F(xiàn)e)固溶體為基底，含有Cr23C6、CrB等硬質(zhì)析出相使熔覆層硬度得到顯著提高。H13鋼兩種涂層材料的熔覆層平均硬度分別是486HV和576HV，分別是H13鋼基體硬度(195HV)的2.5倍和2.9倍。高溫磨損試驗(yàn)結(jié)果表明兩種材料的熔覆層的耐磨性相比于基體都得到了很大提高，轉(zhuǎn)

6、數(shù)為4000轉(zhuǎn)(16min)時，高熵合金熔覆層和Ni60熔覆層的失重分別是H13鋼基體的43％和40％。H13鋼基體的磨損機(jī)制主要是粘著磨損，熔覆層的磨損機(jī)制主要是磨粒磨損。熔覆層中BCC和FCC固溶體的存在和(Ni，F(xiàn)e)固溶體韌性相、碳化物等析出相的強(qiáng)化作用，分別是高熵合金熔覆層和Ni60熔覆層耐磨性提高的主要原因。由熔覆層極化曲線的耐腐蝕性能測試結(jié)果可以看出:激光熔覆高熵合金和Ni60涂層的形成，使得熔覆層的自腐蝕電位明顯正移，提

7、高了H13鋼基體的耐腐蝕性能，激光熔覆層優(yōu)越的耐蝕性與其細(xì)小的組織和大量的鎳、鉻、硅等耐蝕元素有關(guān)。Y2O3的加入不但改善了兩種材料的熔覆層的組織形貌，細(xì)化晶粒，消除了界面出粗大的柱狀晶及內(nèi)部粗大樹枝晶，使組織更加均勻致密，而且降低了涂層中產(chǎn)生裂紋、氣孔缺陷的傾向。兩種材料的熔覆層硬度有所提高且相組成未發(fā)生本質(zhì)性變化，熔覆層硬質(zhì)析出相均勻細(xì)化、韌性相相對增加等原因使熔覆層高溫耐磨性能提高。Y2O3的加入對兩種材料的熔覆層的耐腐蝕性能影響