精密冲压模具激光熔覆层性能及再制造研究

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精密冲压是一种高效率、高质量和高附加值的精密塑性成形工艺,可以一次冲裁获得高质量的零件。随着精冲技术的发展,精冲模具的寿命成为影响精冲行业发展的主要瓶颈。因此,对局部失效的精冲模具进行激光熔覆再制造研究,以解决精冲模具高成本低寿命的问题,实现高质量的成型和节能降耗,具有非常重要的理论价值和现实意义。本文采用激光熔覆技术对精密冲压模具进行再制造设计,以Fe360合金粉末为粘接相,Cr3C2、MoS2作为耐磨、减摩颗粒,采用半导体激光器,在45钢表面制备出具有耐磨减摩性能的激光覆层。利用金相显微镜、XRD、SEM、电子探针等测试手段分析了覆层的成分及组织结构,采用HT1000摩擦磨损试验机,测试了覆层的摩擦磨损性能。采用正交试验获得耐磨减摩性能最佳的覆层配方及制备参数,并初步讨论了精密冲压模具钢Cr12MoV的再制造设计问题。研究表明,45钢表面激光熔覆Fe-Cr3C2-MoS2复合覆层成形良好、组织致密,熔覆层与基体材料呈良好的冶金结合。熔覆层中,从熔合线至覆层表面,依次结晶为厚度约5μm的平面晶、柱状及树枝晶、表层等轴晶。分析测试表明,激光熔覆Fe-12Cr3C2-6MoS2合金覆层材料的组成相主要有Fe-Cr-Ni固溶体、M3C2、M23C6型碳化物耐磨相,MoS2及CrS减摩润滑相,固溶体及合金碳化物共同强化了覆层,覆层平均显微硬度达750HV0.2,较Fe360覆层硬度提高了约100HV0.2。摩擦磨损试验表明,与Fe360覆层相比,具有复合功能的Fe-12Cr3C2-6MoS2覆层摩擦系数由0.378降低到0.22,体积磨损率由0.92mm3/m降低到0.5mm3/m;与正火态45钢相比,覆层的摩擦系数及体积磨损率分别降低了47%和87%。通过正交试验设计,以覆层配方和激光扫描速度为因素-水平指标,以覆层的摩擦系数和体积磨损率作为评价指标,分析得出最优覆层实验配方为Fe-12Cr3C2-4.5MoS2、最佳扫描速度为8mm/s。经合理的点估计可知,该最优配方的摩擦系数和体积磨损率分别为0.16、0.293mm3/m,低于所有正交试验配方。对比研究正交试验直观分析中性能最佳的覆层(Fe360+12Cr3C2+6MoS2)与Cr12MoV钢激光淬火层,结果表明,直观分析最佳覆层的摩擦系数和体积磨损率较Cr12MoV钢淬火层均下降了52%,覆层性能显著优于模具钢基体,大大提升了模具的抗磨损能力。结合冲压模具Cr12MoV材料及热处理性能特点,进行了模具再制造可行性设计。
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