H13鋼耐磨減摩激光熔覆層材料及再制造研究.pdf

1、現(xiàn)代生產(chǎn)中，模具因優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、省料和成本低等特點，已廣泛應用于汽車、航天航空、機械制造、家電等各行各業(yè)。熱作模具通常在高溫、高壓、高應力的工況下工作，長期服役時不可避免地會產(chǎn)生磨損、熱疲勞、變形和斷裂等失效，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量、增加成本、降低效率，造成很大經(jīng)濟損失。
　　本研究采用激光熔覆技術，在H13鋼表面設計、制備出具有耐磨、減摩功能的覆層，以減小模具型腔和被成型件之間的摩擦磨損，旨在提高模具的使用性能及壽命；在此研究基礎上，為

2、熱作模具進行再制造設計。
　　采用半導體激光器在45鋼上成功制備出SiC+MoS2/HD-1覆層材料(HD-1是HD鋼的改造成分-4Cr3Mo2Ni2Mn2VNbB)。借助于OM、XRD、SEM/EDS、顯微硬度計和HT-1000高溫摩擦磨損試驗機等儀器，研究了SiC、MoS2的加入量和掃描速度對覆層成形性、微觀組織及常溫和300℃條件下的摩擦磨損性能。結(jié)合SiC和MoS2含量、掃描速度的正交試驗，優(yōu)選最佳配方與掃描速度的組合。利

3、用最優(yōu)組合在H13鋼基體上制備出6％SiC+4.5％MoS2/HD-1復合覆層，討論了H13熱作模具激光熔覆再制造的工藝可行性。
　　研究表明，覆層由表及里分為熔覆層、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。熔合區(qū)存在一條細長的光亮帶，呈平面晶特征，并逐漸外延生長為柱狀晶；進入熔覆區(qū)，由內(nèi)向外依次呈現(xiàn)胞狀晶、樹枝晶到細小等軸晶的凝固組織。
　　研究發(fā)現(xiàn)，純粘接相(HD-1)覆層硬度約為620HV0.2，加入SiC和MoS2后，硬度明顯提高。XRD

4、表明，覆層中不存在SiC和MoS2顆粒相，形成了過飽和α-F固溶體和Fe-Cr-Ni合金固溶體以及Fe7C3、CrSi2等硬質(zhì)相，提高了硬度和耐磨性。SEM和EDS分析發(fā)現(xiàn)，覆層中存在大量均布的微孔，其中的Mn、Fe、S、Cr含量較高，可形成有潤滑作用的金屬硫化物。隨著激光掃描速度的增大，晶粒組織明顯細化。隨著SiC含量增至9％，組織向樹枝晶轉(zhuǎn)變，覆層中碳化物數(shù)量增多，硬度提高至730HV0.2。加入MoS2對組織形態(tài)和晶粒大小沒有明顯

5、影響，但軟質(zhì)相使覆層硬度小幅下降。
　　摩擦磨損試驗表明，掃描速度對覆層體積磨損率和摩擦系數(shù)的影響不顯著。SiC和MoS2加入含量對兩者的影響較為明顯：室溫時，隨著SiC含量升高，體積磨損率和摩擦系數(shù)逐漸減小，至9％時兩者最小；隨著MoS2含量的升高，體積磨損率先減小后增大，加入4.5％MoS2時最小，而摩擦系數(shù)逐步減小，加入9％ MoS2時最小。在300℃時，隨著SiC含量升高，體積磨損率和摩擦系數(shù)先減小后增加，加入6％SiC時

6、最?。浑S著MoS2含量的升高，體積磨損率和摩擦系數(shù)逐步減小，加入9％MoS2時最小。
　　綜合單因素實驗和正交分析，獲得了激光覆層制備的最優(yōu)參數(shù)組合（6％SiC、4.5％MoS2和12mm/s掃描速度），并在H13鋼上制備出激光覆層。與HD-1覆層和 H13激光淬火層相比，激光覆層以輕微的粘著和磨粒磨損以及氧化磨損為主，300℃高溫下，磨損程度急劇減小，耐磨性明顯提高，體積磨損率僅為0.12×10-3mm3/m，分別是HD-1覆層