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热锻模H13钢常规热处理后,长期受冲击、磨损、骤热骤冷的综合作用,表面极易累积热应力,产生热疲劳,使热锻模局部变形,降低热锻模寿命。
本试验期望采用激光熔覆表面工程技术、Ni基自熔性合金和MoSi_2硬质增强相在H13钢表面制备一层高性能复合材料涂层,从而降低热锻模失效的风险。该方法旨在修复失效模具,延长使用寿命,降低生产成本,发展循环经济。
本文用CO_2激光器成功在热锻模H13钢和45钢基体上熔覆了不同配比MoSi_2/Ni基合金覆层,用OE、XRD、洛式硬度计、显微硬度仪、砂浆磨损试验机、激光热常数测试仪等测试了覆层组织性能。结果如下:
OE观察表明,MoSi_2含量在24%以内,覆层与基体均呈良好冶金结合。覆层组织致密,晶粒细小。覆层与基体的结合区受基体稀释影响,呈现白亮带(熔合线)的典型特征。XRD和OE表明,覆层组织为连续Ni的固溶体基体上分布着点状、块状硬质增强相;硬质增强相主要为Cr、Mo的硼化物、碳化物;最初加入的MoSi_2未能保留到覆层中。维氏显微硬度测试表明,覆层平均显微硬度为650HV~970HV。当MoSi_2含量在18%时,覆层平均显微硬度最高,达972.27HV。覆层显微硬度与H13钢熔凝层处于同一高水平,且都普遍比淬火回火态H13钢高出200HV。覆层显微硬度的提高是因为激光加热产生过饱和固溶强化、细晶强化和第二相强化,其中第二相强化为主要作用。600℃高温回火前、后,随着MoSi_2含量从0到18%增加,覆层宏观硬度都逐渐增大,且增大的幅度逐渐减小。回火后的宏观硬度都比回火前有不同程度地增大,这是因为回火后硬质相析出、增多、增大的作用足以弥补Ni的固溶体减弱的固溶强化作用。耐磨性测试表明,加入MoSi_2能够提高Ni50A激光熔覆层的耐磨性。MoSi_2含量为12%~18%时,熔覆层耐磨性较高,比45钢和H13钢激光熔凝层高。600℃高温氧化试验表明,加有Ni基合金的激光熔覆层抗高温氧化性与H13钢处于同一水平,且远比45钢抗氧化。热物理性测试表明Ni基MoSi_2覆层热导率稍低于H13钢,而线膨胀系数与H13钢具有良好的匹配性。
总之,含12%~18% MoSi2的Ni基激光熔覆层有较好的综合组织性能,在提高热锻模表面性能方面有一定的潜力。