精密模具送丝法激光熔覆修复技术的研究

摘要

随着全球制造业重心进一步向我国转移，精密模具的需求量每年呈现25％以上的增长速度，成为拉动国内经济增长的支柱产业之一。目前在我国的许多企业中，模具的使用寿命还比较短，仅相当于国外的1/5-1/3。据统计，由于模具寿命短而造成的钢材、工时和能源浪费，以及对产品质量影响所带来的损失每年达数十亿元人民币，因此研究应用于精密模具生产与使用配套的修复技术具有广泛的应用前景。
　　 目前，国内现有的激光熔覆修复工艺不能满足精密模具修复的要求，从而制约了精密模具修复产业的发展。为了延长精密模具的使用寿命，使修复后的表面性能达到或者超过原有的表面性能，利用送丝法激光熔覆技术对失效模具进行快速修复，从而减少模具的报废率，提高产品的质量，降低企业的成本，同时为激光熔覆技术在实际生产中的应用提供理论和实践的参考。
　　 本文采用送丝法激光熔覆技术将SKD61激光模具修补焊丝对4Cr5MoSiV1模具钢基体进行修复以延长其使用寿命。对实验进行了分析和讨论，主要研究方法和结果如下：
　　 （1）采用送丝法激光熔覆技术，利用SKD61激光模具修补焊丝熔覆基体材料为4Cr5MoSiV1模具钢时，通过不断的工艺实验和实验结果对比分析表明，优化的工艺参数是：采用激光喷嘴送0.1Mpa的氩气作为辅助气体，送丝方向在水平方向上的分方向与工作台的移动方向相同且与基体成15°～35°，电流I=155A，脉冲宽度Pw=2.5ms，熔覆速度V=2mm/s，脉冲频率f=25Hz，离焦量d=-10mm。采用优化工艺参数能得到与基体充分冶金结合，表面平整光滑致密，无气孔和裂纹，稀释低的熔覆层。进一步论证了将激光加工工艺参数简化为单脉冲能量和重叠率的理论指导意义，实验结果表明：当单脉冲能量为4.42J，重叠率为92.27％，熔覆质量最好。
　　 （2）修复后的模具钢横截面显微组织有熔覆层、结合区、基体三部分组成，熔覆层显微组织致密、均匀。熔覆层底部的熔覆材料成长为长的柱状树枝状晶，成长方向与散热方向一致，与基体相比，其显微组织的晶粒更为精细；熔覆层中部的熔覆材料部分成长为树枝状晶，与熔覆层中部相比，熔覆层底部的晶粒更为精细；熔覆层顶部的显微组织由树枝状晶和胞状晶组成。熔覆层截面的能谱点扫描、线扫描和面扫描结果表明：熔覆层Cr元素的含量大于其在基体中的含量。通过试样检测发现激光熔覆的缺陷主要存在形式是裂纹和气孔，分析了产生机理和预防措施。熔覆层的硬度介于551.0～574.1HV0.2之间，基体的硬度介于493.2～508.5 HV0.2之间，熔覆层的硬度略高于基体，熔覆层和基体之间有一个逐渐变化的显微硬度分布，实现了与基体之间的缓和过渡。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 模具的失效分析

1．2．1 断裂失效

1．2．2 磨损失效

1．2．3 疲劳失效

1．2．4 变形失效

1．2．5 腐蚀失效

1．3 激光熔覆技术概述

1．4 送丝法激光熔覆技术的国内外研究现状

1．5 课题研究的背景、内容和意义

1．5．1 课题研究的背景

1．5．2 课题研究的内容

1．5．3 课题研究的意义

第二章 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 熔覆材料

2．2 送丝法激光熔覆修复工艺流程

2．3 金相试样的制备

2．4 熔覆层表面形貌分析及稀释率测定

2．5 显微组织及硬度的检测分析

第三章 激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响研究

3．1 激光单脉冲能量对熔覆质量的影响

3．1．1 激光器电流

3．1．2 激光脉冲宽度

3．2 激光重叠率对熔覆质量的影响

3．2．1 熔覆速度

3．2．2 激光脉冲频率

3．2．3 离焦量

3．3 辅助气体对熔覆质量的影响

3．4 送丝方位对熔覆质量的影响

3．5 本章小结

第四章 激光熔覆层显微组织和力学性能分析

4．1 熔覆层显微组织分析

4．2 熔覆层成分分析

4．2．1 熔覆层不同部位点成分分析

4．2．2 熔覆层线扫描成分分析

4．2．3 熔覆层面扫描成分分析

4．3 熔覆层缺陷分析

4．3．1 裂纹的成因及控制

4．3．2 气孔的成因及控制

4．3．3 层状偏析的成因及控制

4．3．4 夹杂物的成因及控制

4．4 显微硬度

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文与课题研究