金属线材拉拔卷筒激光表面合金化关键技术研究

摘要

针对目前金属线材拉拔卷筒成本高、耐磨性不足的缺点，本文从材料合金化原理出发，综合考虑了激光合金化过程中熔化与凝固的特点以及基材与粉末的物理化学特性，采用5kWCO2窄带激光在不同工艺参数下对基材为40Cr钢的金属线材拉拔卷筒进行Mo粉激表面光合金化处理，并对合金化层组织和性能进行研究。在最佳工艺条件下，在合金化粉末中添加不同含量稀土氧化物Y2O3，研究Y2O3对激光合金化层组织与性能的影响。
　　借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和磨损试验机等分析手段，对激光合金化层的组织与性能进行研究。结果表明：当激光合金化的工艺参数为：功率P=2.0kW，扫描速度V=6mm/s，焦距f=315mm，搭接率为d=40％，获得的合金化层具有良好的组织和性能，组织较细小均匀，硬度高且与基体实现了良好的冶金结合。
　　微观分析表明：金属线材拉拔卷筒经过激光合金化处理后，合金化层断面整体形貌为“月牙状”，组织为细小的胞状晶和枝晶混合组织。合金化层组织从表面到基体可分为合金化区、过渡区（或者叫结合区）、热影响区和基材四部分。合金化层除了基体相α-Fe外，同时还包括MoC、Mo2C、Cr3Mo、Cr7C3和Fe2MoC等相。基体的显微硬度为Hv350左右，合金化层的平均硬度可达到Hv880，比基材提高了将近3倍。经过合金化以后，合金化层的耐磨性能和抗高温氧化性能得到很好的改善。
　　在合金化粉末中添加Y2O3可以明显改善合金化层的组织和性能，但对合金化层的相组成影响不大。当Y2O3添加量在0～2.5wt.％变化时，随着Y2O3含量的增加，合金化层组织逐渐变细，当Y2O3含量在1.5wt.％时,合金化层组织最细，然而当Y2O3含量大于1.5wt.％时，合金化层组织随着Y2O3含量的增加而变粗大。Y2O3添加量为1.0wt.％时，合金化层具有最高的硬度和耐磨性。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 激光加工技术

1.3 激光表面合金化技术

1.4 激光表面合金化的应用及国内外研究现状

1.5 稀土在激光合金化中的作用

1.6 金属线材拉拔卷筒的失效及表面强化方法

1.7 本课题的研究目的以及研究内容

第二章 实验材料与试验方法

2.1 实验材料

2.2 实验技术路线

2.3 试验方法

2.4 组织与性能表征

第三章 激光表面合金化层组织性能研究

3.1 激光表面合金化熔池的特征

3.2 激光表面合金化组织分析

3.3 扫描速度对合金化层组织与性能的影响

3.4 最佳工艺下合金化层组织与性能分析

3.5 本章小结

第四章 不同含量 Y2O3 对合金化层组织与性能的影响

4.1 Y2O3 对合金化层组织的影响

4.2 Y2O3 对合金化层相组成的影响

4.3 Y2O3 对合金化层微区成分的影响

4.4 Y2O3 对合金化层显微硬度的影响

4.5 Y2O3 对合金化层耐磨性能的影响

4.6 本章小结

第五章 结 论

参考文献

附 录

致谢

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