Cr12MoV模具钢激光熔覆Ni基/WC合金工艺及性能研究

摘要

激光熔覆技术是众多表面处理技术中非常有发展前途的一种，它不仅可以提高材料或零件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀等表面性能，细化晶粒和组织结构，改善表面机械性能，而且能修复因磨损而失效的零件，延长零件的使用寿命。 本文以模具工业中常用的Cr12MoV钢为主要研究对象，重点研究了该模具钢表面激光熔覆Ni基合金的工艺和熔覆层的显微组织、裂纹和搭接区的状况，并研究了在Ni基合金中加入WC硬质相后的性能和组织结构的改变情况。实验表明：激光熔覆后主要由三层组成，熔覆层、结合区、热影响区。在合适的工艺条件下可以得到结合性能良好的熔覆层。熔覆层的显微组织主要为粒状、棒状的胞晶结构，主要是受激光快速加热和快速冷却凝固影响的原因。在熔覆过程中，各处的加热速度和冷却速度存在很大的差异使得熔覆层的硬度分布不是很均匀，在熔覆层的次表面具有最高硬度,达932.6HV0.1左右，耐磨性能也最好，提高了73％左右，这是晶粒细化和均匀化的原因。在加入WC硬质相后，熔覆层的硬度改变不大，而耐磨性能却得到了很大的提高，但是相应的脆性也会增大，易产生裂纹，需要选择合理的工艺及参数来消除。 利用SEM观察分析、显微硬度测定、耐磨性测试及正交试验分析等手段，研究了激光功率、扫描速度、离焦量对熔覆层的显微硬度、耐磨性和显微组织的影响。结果表明：在其他条件不变的情况下，随着激光功率的增加，熔覆层的显微硬度先增加后减小，材料表面的耐磨性能也有一个先增大后减小的过程。这是由熔覆中能量密度不同造成晶粒的大小不同所致。 以激光功率、扫描速度和离焦量三个工艺参数作为影响熔覆层性能的因素，并选择合适的水平进行正交试验，通过对实验结果的分析可获得熔覆层显微硬度和耐磨等性能优良的激光加工工艺参数。