Cr12MoV钢表面激光熔覆Ni/Ni-WC梯度涂层组织及性能研究

来源 :重庆理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:tina_lh
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Cr12MoV钢作为一种传统的冷作模具钢,具有较高的硬度和耐磨性,常用于制造截面较大、形状复杂、经受较大冲击载荷的各种冷冲模具和工具,如冲孔凹模、切边模、滚边模以及标准工具等。这些模具在生产实践中往往因为长期承受往复的冲击和摩擦磨损而失效。为延长模具的使用寿命或修复模具已磨损区域,本文使用脉冲Nd:YAG激光器在Cr12MoV模具钢表面激光熔覆了Ni60A及Ni60A+ω%WC合金粉末,制备了梯度耐磨涂层。并使用X射线衍射仪、扫描电镜及自带能谱仪分析了涂层的物相、显微组织以及成分分布规律。同时,运用显微维氏硬度计和高速往复摩擦磨损试验机对比分析了涂层与基体的硬度及耐磨性。使用白光衍射仪结合扫描电镜分析了其磨痕形貌。结果得出以下结论:(1)通过改变主要激光工艺参数扫描速度和激光电流,得出了如下优化工艺参数:扫描速度120mm/min,激光电流160A,脉宽6ms,频率8Hz,离焦量0mm,保护气体流量12L/min,铺粉厚度0.5mm,搭接率40%。(2)在Cr12MoV钢表面激光熔覆Ni20Cr合金粉末作为打底层,使涂层与基体的冶金结合良好,有效减少了涂层中的裂纹、气孔等缺陷。多层Ni基涂层及Ni60A+ω%WC梯度涂层表面平整、连续,成形质量较好,熔覆层经打磨、抛光后能够成为良好的强化层或修复层。(3)Ni60A涂层表面物相主要为?-(Fe,Ni)固溶体,FeNi3、BNi3、Cr3C2化合物以及Ni-Cr-Fe相。涂层底部至表面的组织依次为胞状树枝晶、柱状树枝晶、择优生长树枝晶以及等轴树枝晶。枝干组织由Cr3C2化合物以及?-(Fe,Ni)固溶体组成;枝晶间组织由FeNi3、BNi3化合物,少量?-(Fe,Ni)固溶体及Ni-Cr-Fe相组成。Ni60A+35%WC涂层表面物相主要为?-(Fe,Ni)固溶体,WC、W2C、Cr7C3、Cr23C6碳化物以及WSi2相组成。涂层枝干组织由WC、W2C、Cr7C3、Cr23C6以及WSi2等化合物组成;枝晶间组织由?-(Fe,Ni)固溶体组成。各涂层间和涂层与基体间具有显著的元素扩散现象,冶金结合性良好。(4)Ni60A涂层及Ni60A+ω%WC梯度涂层都大大提高了Cr12MoV模具钢的硬度和耐磨性。其中,Ni60A涂层平均显微硬度是基体的1.3倍左右,Ni60A+35%WC涂层平均显微硬度是基体的1.7倍左右。Ni60A涂层及Ni60A+ω%WC梯度涂层摩擦系数明显低于Cr12MoV基体。随着涂层中WC含量的增加,涂层耐磨性逐渐提高。但随着磨损时间的延长,由磨损体积表征的耐磨性的提高幅度有所下降。在磨损时间为75min时,Ni60A涂层耐磨性较基体提高了1.0倍,Ni60A+35%WC涂层耐磨性较基体提高了3.8倍。(5)当磨损时间为75min时,基体磨面平整光滑,无明显沟壑,以粘着磨损为主并伴有少量磨粒磨损;Ni60A涂层磨面较为平整,存在少量较浅、较窄的沟壑存在少量粘着磨损和磨粒磨损;Ni60A+35%WC涂层磨面平整,有宽而深的沟壑,涂层磨面微裂纹逐渐消失。综上所诉,在Cr12MoV钢表面激光熔覆Ni60A和Ni60A+ω%WC合金粉末制备出的多层耐磨涂层和梯度耐磨涂层都能达到提高Cr12MoV钢表面力学性能和对其表面进行修复的要求,Ni60A+35%WC耐磨涂层效果最佳。各涂层中形成的各类硬质相,可有效提高基体表面的硬度和耐磨性,起到降低模具在使用过程中因摩擦磨损而报废的概率,从而进一步延长模具的使用寿命。
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