低碳鋼和H13鋼激光表面改性組織性能研究.pdf

1、在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械零部件的失效與其表面密切相關(guān)。從材料的內(nèi)在屬性出發(fā)，改善金屬表面性能方面不足的最佳途徑是對(duì)其進(jìn)行表面改性處理。而激光技術(shù)作為一種新的表面處理技術(shù)，與傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，激光功率密度大，用激光束強(qiáng)化金屬加熱速度快，基體自冷速度高;輸入熱量少，工件處理后的熱變形很小;高熵合金是近年來(lái)興起的一種新型合金材料，它的最大特點(diǎn)是突破了傳統(tǒng)合金只以一種或兩種金屬元素為主的設(shè)計(jì)框架，多主元高熵合金是以五種或者五種以上主要

2、元素按等摩爾比或近等摩爾比組合而成具有金屬特性的材料，晶體結(jié)構(gòu)傾向于形成簡(jiǎn)單體心或簡(jiǎn)單面心結(jié)構(gòu)的固溶體而非金屬間化合物，使高熵合金的性能比傳統(tǒng)合金具有較大優(yōu)勢(shì)。
　　本文通過(guò)優(yōu)化激光參數(shù)，利用Nd∶YAG脈沖固體激光器，通過(guò)激光表面改性技術(shù)在低碳鋼和H13鋼表面分別激光合金化和激光熔覆高熵合金涂層。主要利用金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、顯微硬度儀和高溫高速磨損試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對(duì)激光合金化層和熔覆層的顯微組織、截面成分、物相、顯微

3、硬度以及耐磨性能等進(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)，低碳鋼激光合金化:電流275A、掃描速度5.5mm/s、離焦量-14mm;低碳鋼和H13鋼激光熔覆:電流275A、掃描速度3mm/s、離焦量-14mm。在低碳鋼和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，有少量裂紋等缺陷，與基體形成了較好的結(jié)合。
　　合金化層和熔覆層具有典型的激光快速凝固組織特征。低碳鋼激光合金化層組織為平面晶、胞

4、狀晶和樹枝晶的混合結(jié)構(gòu);合金化層與基體界面結(jié)合處為平面晶，合金化層底部及中部多為垂直于結(jié)合面生長(zhǎng)的胞狀晶和樹枝晶，多表現(xiàn)為“帶”狀組織，合金化層表層為方向紊亂的樹枝晶;低碳鋼激光熔覆層組織主要為細(xì)小的樹枝晶組織;H13鋼激光熔覆層組織同樣為平面晶、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(zhǎng)的胞狀晶和樹枝晶，熔覆層表層為方向紊亂的樹枝晶。低碳鋼激光合金化層組織主要Fe基體和Cr7C3組成

5、，Cr7C3的存在是使合金化層硬度得到明顯提高的主要原因，合金化層硬度最高達(dá)650HV，約是低碳鋼基體硬度(165HV)的4倍;低碳鋼和H13鋼激光熔覆層組織主要由具有BCC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，低碳鋼和H13鋼熔覆層硬度分別最高達(dá)639HV和476HV，分別是低碳鋼基體硬度(165HV)和H13鋼基體硬度(240HV)的4倍和2倍。高溫磨損試驗(yàn)結(jié)果表明合金化層和熔覆層的耐磨性相比于基體

6、都得到了很大提高，轉(zhuǎn)數(shù)為4000轉(zhuǎn)(16min)時(shí)，低碳鋼基體的失重分別是合金化層和熔覆層的2.0倍和2.7倍，H13鋼基體的失重是熔覆層的3.0倍;轉(zhuǎn)數(shù)為8000轉(zhuǎn)(32min)時(shí)，低碳鋼基體的失重分別是合金化層和熔覆層的1.60倍和1.65倍，H13鋼基體的失重是熔覆層的1.90倍。低碳鋼和H13鋼基體的磨損機(jī)制主要是粘著磨損，合金化層和熔覆層的磨損機(jī)制主要是磨粒磨損，Cr7C3硬質(zhì)碳化物顆粒和固溶體的形成分別是合金化層和熔覆層耐磨