【摘 要】
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H13钢作为一种被广泛使用的热作模具钢,具有淬透性高、韧性好、耐磨性强以及疲劳性能好等一系列优良的性能。然而,在高温、高载的工况下,H13钢往往会因为热磨损而早期失效。与传统合金相比,高熵合金由于具有迟滞扩散效应与“鸡尾酒”效应而拥有强度高、硬度高、耐腐蚀性强以及抗高温软化能力强等优异性能。因此,利用高熵合金对H13钢进行表面改性可以有效提高H13钢的高温耐磨性,从而延长热作模具的使用寿命。本文利
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H13钢作为一种被广泛使用的热作模具钢,具有淬透性高、韧性好、耐磨性强以及疲劳性能好等一系列优良的性能。然而,在高温、高载的工况下,H13钢往往会因为热磨损而早期失效。与传统合金相比,高熵合金由于具有迟滞扩散效应与“鸡尾酒”效应而拥有强度高、硬度高、耐腐蚀性强以及抗高温软化能力强等优异性能。因此,利用高熵合金对H13钢进行表面改性可以有效提高H13钢的高温耐磨性,从而延长热作模具的使用寿命。本文利用激光熔覆技术在H13钢表面制备了一种高熵合金涂层,并对涂层的组织、成分与性能进行了分析。在400℃与600℃下对H13钢与高熵合金涂层进行了高温磨损试验。研究了 H13钢与高熵合金涂层的磨损行为和耐磨性能,采用SEM、EDS、XRD与维氏硬度计等微观分析手段对H13钢与高熵合金涂层的磨面与截面的形貌、成分、物相与硬度进行了观察和分析,探讨了高熵合金的磨损机制和抗磨机理。采用多组激光熔覆参数在H13钢的表面成功制备出了 AlCoCrFeNiTi高熵合金涂层。研究发现,涂层的表面完整、致密,与基体呈冶金结合。涂层为BCC单相组成,顶部为细晶区,紧邻热影响区为平面晶与柱状晶,而涂层内部为等轴晶区或树枝晶区。高温摩擦磨损试验结果发现,相对于H13钢在磨损后发生显著失重,特别是在600℃、高载下发生严重失重,高熵合金涂层在400℃和600℃下磨损后失重显著降低,且在600℃下出现增重。这表明高熵合金涂层具有比H13钢更优异的高温耐磨性。H13钢与高熵合金涂层具有相似的摩擦系数变化规律,随着载荷的增加,400℃下的摩擦系数会逐渐降低,而600℃下的摩擦系数会逐渐升高。磨损后微观分析表明,在400℃下,随着载荷的增加,H13钢的磨损机理从氧化轻微磨损与磨粒磨损共同作用逐渐过渡到氧化轻微磨损单一模式,高熵合金涂层的磨损机理一直为氧化轻微磨损与磨粒磨损共同作用。在600℃下,随着载荷的增加,H13钢的磨损机理从氧化轻微磨损过渡到氧化磨损与疲劳磨损共同作用,高熵合金涂层的磨损机理一直为氧化轻微磨损。
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