H13钢激光熔覆Ni基MoSi2复合材料涂层组织性能研究

摘要

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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 热锻模及H13钢

1．3 表面工程技术

1．4 激光熔覆技术

1．5 自熔性合金

1．6 硬质增强相

1．7 研究内容、目的与意义

1．8 本章小结

第2章 技术路线、试验材料与研究方法

2．1 技术路线

2．2 试验材料

2．3 激光熔覆样品制备方法

2．4 组织观测与性能测试方法

2．5 本章小结

第3章 激光熔覆制样的现象观察

3．1 制样过程中的现象观察

3．2 外观检查与分析

3．3 本章小结

第4章 熔覆层组织观测与分析

4．1 第一次激光熔覆试验样品覆层微观组织

4．2 第二次激光熔覆试验样品覆层微观组织

4．3 激光熔覆Ni基MoSi2复合材料组织特点

4．4 XRD分析

4．5 熔覆层显微硬度

4．6 本章小结

第5章 熔覆层性能测试与分析

5．1 宏观硬度

5．2 熔覆层耐磨性

5．3 抗高温氧化性能

5．4 热物理性

5．5 本章小结

第6章 全文总结

6．1 综合分析与讨论

6．2 结论

致谢

参考文献