叶片模具堆焊金属组织、性能及QPQ表面强化处理

摘要

和普通热锻模具相比，叶片热锻模具工作温度更高，承受服役载荷更大，使用寿命更短。
　　为提高堆焊制造的叶片热作模具寿命，并为研制性能更为优良的焊接材料提供技术储备，本文在对模具堆焊材料研究与应用现状进行大量调研的基础上，初选RMD248（铁基）、JLNi32E（镍基）和JLCo32E（钴基）三种不同类型模具堆焊金属进行了硬度、回火稳定性、冲击韧性、冲击硬化、粘着磨损、抗裂性和抗氧化性等性能对比试验，并在此基础上分别采用一系列微观分析测试手段研究了三种堆焊金属组织与性能的关系。结果表明，在三种材料中RMD248堆焊金属的常温硬度高，但回火稳定性较差，经650℃×8h回火后硬度已低于JLNi32E和JLCo32E堆焊金属；JLNi32E镍基和JLCo32E钴基堆焊合金的抗氧化性、高温冲击硬化性和高温粘着磨损性能均优于RMD248铁基堆焊合金；而JLNi32E镍基堆焊合金的冲击韧性最低。可见，JLCo32E的综合性能最好。微观组织研究结果表明，RMD248的组织为板条状马氏体+残余奥氏体+碳化物，JLNi32E的组织为γ相+P相+M6C+M23C6，JLCo32E的组织为γ相+M23C6+M7C3。本文进一步分析认为，上述三种堆焊金属在常温、高温及冲击条件下的性能差异主要和它们的基体相结构和位错类型有关：体心正方结构的马氏体硬度高，但在高温下易产生回复与再结晶；奥氏体相的自扩散激活能高，组织较稳定；同时JLCo32E堆焊金属的层错能低，因而高温稳定性更好。依据叶片模具工作条件与失效形式，本文认为JLCo32E(钴基)堆焊材料适合于叶片模具的堆焊修复。
　　钴基堆焊焊材的价格昂贵，加工难度大。为解决这一难题，本文又以RMD248堆焊金属为基，进行QPQ复合处理的性能和组织的研究。结果表明，除610℃×3h外，随着渗氮时间和温度的增加，渗层厚度逐渐增加，抗高温粘着磨损性能增强。经610℃×2h处理的试样，在距离表面8μm处得到了最大硬度值（1085HV），且其高温粘着磨损性能最好，磨损失重与钴基堆焊金属相差不大。进一步研究表明，渗层的组织由氧化层+疏松层+化合物层+扩散层组成，物相组成由表及里是：Fe3O4→ε相→ε相+γ’相→α相（含氮马氏体）+Cr2N。渗层的性能与该组织类型与分布有关。
　　综上，本文认为当对叶片热作模具仅需局部修复时，采用JLCo32E钴基焊材焊接模具寿命要高些；若对叶片模具整体实施堆焊制造，则采用RMD248铁基焊层+QPQ复合处理工艺制备的模具性价比更高。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 叶片模具的工作条件、失效形式

1.3 模具堆焊制造技术

1.4 渗氮强化技术

1.5 主要研究内容与目的

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 试验方法

2.3 本章小结

第三章 铁基、镍基和钴基堆焊金属的组织与性能对比研究

3.1 三种堆焊金属的硬度试验结果及分析

3.2 堆焊金属回火稳定性分析

3.3 三种堆焊金属冲击韧性结果

3.4 三种堆焊金属抗氧化性试验结果

3.5 三种堆焊金属冲击硬化试验结果与分析

3.6 三种堆焊金属常、高温粘着磨损试验结果对比及分析

3.7 抗裂性试验结果

3.8 综合性能评定

3.9 本章小结

第四章 渗氮工艺对RMD248堆焊金属渗氮层的影响

4.1 RMD248堆焊金属渗氮处理

4.2 RMD248试样QPQ处理后的宏观形貌

4.3 工艺参数对渗层显微硬度的影响

4.4 渗氮工艺对渗层厚度的影响

4.5 典型渗层的微观组织

4.6 不同渗氮工艺下的渗层组织特点

4.7 高温磨损性能试验与对比分析

4.8 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表或已完成的学术论文