论文部分内容阅读
高速钢广泛应用于制造形状复杂零件和成型刀具,但在工程应用中存在严重的磨损、应力腐蚀及疲劳破坏等失效现象,其中,磨损是造成零件失效和严重降低刀具切削性能的主要因素,使其在工程应用中受到局限。为了提高高速钢表面耐磨性以及达到对失效高速钢零件进行修复的目的。本文利用激光熔覆技术,熔覆材料选择TiC-Fe3Al-Ni复合粉末,采用预置粉末层方式,使用KJG-1YAG-400A型激光焊接机,通过优化激光工艺参数,在W18Cr4V高速钢表面制备了成型质量良好、高硬度和高耐磨性的复合熔覆层。为提高高速钢表面综合性能,延长高速钢零件在工程应用中的使用寿命,同时也为优化激光熔覆工艺参数提供理论基础与试验指导。主要研究结果如下:（1）本文设计了单因素试验,分别研究了激光工艺参数（包括:激光电流、脉冲宽度、脉冲频率、离焦量、扫描速度）对单道熔覆层表面形貌和熔宽的影响规律,结果表明:熔宽随激光电流、脉冲宽度、脉冲频率的增大而增大,随激光扫描速度的增大而减小,随离焦量的增大,熔宽先减小后增大。（2）预置层厚度为1 mm,通过正交试验,以熔覆层表面平整度、显微硬度、截面气孔率和裂纹率为指标综合评分,获得最优激光工艺参数为激光电流370 A、脉冲宽度7 ms、脉冲频率4 Hz、离焦量4 mm、扫描速度3 mm/s。（3）利用扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和显微硬度仪分别对不同激光扫描速度和添加不同Ni含量下制备的熔覆层截面宏观结构、局部显微组织、元素分布、物相和显微硬度分布规律进行了测试与分析,结果表明:在优化后的激光工艺参数下制备的熔覆层截面质量良好,熔覆层主要由TiC、TiWC2、C5Ti4W、AlNi、AlV3、TiO和FeO相构成,且与基板之间发生了元素扩散进而形成良好的冶金结合。随着激光扫描速度的增加,熔覆层内的相组成基本不变、致密层逐渐增厚;硬质相TiC形貌逐渐由枝晶状向短棒状和颗粒状转变;熔覆层平均显微硬度逐渐增加,最高为2674 HV,约为基材的3.2倍。（4）通过研究添加不同Ni含量对熔覆层的影响,结果表明:不添加Ni粉的熔覆层内部存在大量裂纹与气孔,内部组织不均匀,较多区域组织松散;通过添加0.5 wt%Ni粉可有效减少熔覆层内部裂纹与气孔率,显微硬度下降不明显,添加1 wt%、1.5 wt%Ni粉的熔覆层内部基本无裂纹与气孔,但是显微硬度下降比较大。（5）室温干滑动摩擦磨损试验结果表明:随着激光扫描速度的增加,熔覆层平均摩擦因数先降低后升高,扫描速度为4 mm/s的熔覆层平均摩擦因数最小,仅为0.25,扫描速度大于2 mm/s的熔覆层摩擦因数比基体小,且波动较小;熔覆层的磨损机制逐渐由粘着磨损、磨粒磨损占主导的磨损形式转变为剥层磨损,扫描速度为5 mm/s的熔覆层比基体耐磨性提高了16倍。不添加Ni粉的熔覆层主要磨损机制为剥层磨损,其磨损表面存在较多裂纹且裂纹周围脆性脱落严重,磨损量相对较大;添加0.5 wt%Ni粉的熔覆层主要磨损机制也为剥层磨损,但磨损表面很少有裂纹,磨损量最小;添加1 wt%、1.5 wt%Ni粉的熔覆层主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损,表面磨损严重。