熱鍛模模膛耐熱層的材料構成工藝實驗研究.pdf

1、熱鍛模的壽命問題一直受到業(yè)界人士的廣泛關注。要提高模具壽命，最重要的是緩解熱鍛模溫度波動區(qū)的熱應力幅值。本文試圖就熱鍛模模膛表面層區(qū)材料進行實驗研制和優(yōu)選，來探索緩解熱鍛模表面熱應力的方法。涉及主要制備方法有等離子噴涂、等離子重熔以及等離子噴焊。
　　 本文首先總結了熱鍛模的各種失效形式，以及熱鍛模壽命和應力的關系，影響熱鍛模壽命的熱物理性能參數；然后介紹了本文涉及到的等離子噴涂、等離子重熔和噴焊技術的研究現(xiàn)狀。
　　

2、第二部分介紹了實驗材料和實驗方法。選W6Mo5Cr4V2高速鋼為基體；粘結金屬和粘結底層材料選用Ni60粉；陶瓷粉未選擇了SiC粉，Cr3C2粉和WC粉。將Ni60粉和三種碳化物陶瓷粉末分別以70％/30％、80％/20％、90％/10％的比例混合，制成實驗所需九種粉。
　　 然后設計了等離子噴涂-重熔和等離子噴焊實驗，基體上噴涂Ni60-SiC涂層，Ni60-Cr3C2涂層，Ni60-WC涂層，再利用等離子弧對噴涂表面進行重熔

3、；同時對另一部分試樣采用噴焊法獲得噴焊層。最后對等離子噴涂層和“一步法”“兩步法”得到的覆層進行比較制定了對涂層進行檢測的方案，主要包括采用金相顯微分析、顯微硬度測定和對主要熱物理性能，包括材料的熱膨脹系數α、熱傳導系數λ和比熱容C進行測定。
　　 第三部分對檢測結果進行縱向對比分析。按陶瓷粉末種類分為三組，對每組中三種配比粉末的噴涂層，重熔層和噴焊層進行比較。
　　 首先分析了Ni60-SiC試樣。從顯微結構上，等離子

4、噴涂層呈典型的層狀結構，等離子重熔層基體和覆層結合良好，基體對覆層有一定程度的稀釋，等離子噴焊層顯微組織均勻致密；從顯微硬度上進行分析，三種方法中噴焊的硬度最高，噴涂其次，重熔最差。隨著SiC含量的增多，涂層的顯微硬度增大；三種處理方法中噴焊試樣的熱物性參數是最好的。等離子噴焊的熱膨脹系數和基體最接近，30％SiC試樣的熱膨脹系數是最小的。結論：30％SiC粉末采用噴焊方法得到的覆層最有利于緩解鍛模的熱應力。
　　 接著分析了N

5、i60-Cr3C2試樣。從顯微結構上和SiC類似，噴焊層組織均勻致密，是結合最好的；硬度上，噴焊的硬度最高，噴涂其次，重熔最差，隨著Cr3C2含量的減少，覆層的顯微硬度反而增大；三種處理方法中噴焊試樣的熱物性參數是最好的。結論：10％Cr3C2粉末采用噴焊方法得到的覆層最有利于緩解鍛模的熱應力。
　　 最后對Ni60-WC試樣分析。顯微結構是噴焊層最好；顯微硬度分析表明，三種方法中噴焊的硬度最高，噴涂其次，重熔最差，隨著WC含量

6、的增加，覆層的顯微硬度增大；三種處理方法中噴焊試樣的熱物性參數是最好的。結論：30％WC粉末采用噴焊方法得到的覆層最有利于緩解鍛模的熱應力。
　　 第四部分在第三部分檢測結果的基礎上，對30％SiC，10％Cr3C2，30％WC粉末試樣進行橫向的對比分析。
　　 從宏觀形貌上來說，噴涂層表面粗糙，容易產生裂紋，噴涂厚度因為內應力大而受到制約；重熔層中間有一個燒蝕的凹坑，是重熔時噴槍反復經過中間，加熱過度造成的；噴焊層表面

7、光滑致密，厚度達到可2mm，覆層和基體結合良好。從微觀形貌上分析，噴涂層是層狀結構；重熔層組織細密，基體對覆層有不同程度的稀釋，但涂層中沒有硬質相；噴焊層覆層和基體形成良好的冶金結合，組織均勻細密，在過渡區(qū)形成增碳層或者平面晶帶，增大了結合強度。
　　 在顯微硬度方面，噴涂層的硬度和基體相當，但是在過渡區(qū)都有一個硬度的下降點；重熔層硬度比基體低，沒有達到增大基體硬度的效果；30％WC噴焊層硬度和基體相近，并沒有很大的提高，而30

8、％SiC噴焊層和10％Cr3C2噴焊層硬度都遠高于基體，達到強化基體硬度的作用。
　　 在熱物性參數的分析中，熱膨脹系數是對綜合應力最敏感的。30％SiC噴焊層在比熱容和熱傳導上是最滿足耐熱性要求的。
　　 在和理論最優(yōu)粉末質量配比方案匹配方面，10％Cr3C2和理論值相差很大，加上缺少熱膨脹系數實驗數據，所以不能作為最優(yōu)配比材料。30％WC噴焊層顯微硬度沒有達到預期效果，并且配比和理論值相差大，所以不能作為最優(yōu)配比材料