激光增材制造Co-Mo-Cr-Si合金的组织与性能研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lushengli2009
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Co-Mo-Cr-Si系列高温合金因其具有高硬度、优良的耐磨性、抗氧化性及抗腐蚀性等特点,被广泛的应用在各种环境恶劣的工业领域中。传统的铸造制备法由于工艺复杂,成本高等缺点无法制造出适应各种工作环境的零件,限制了合金的使用范围。在本课题中,采用激光增材制造技术制备Co-Mo-Cr-Si高温合金,该技术可以制备形状复杂的零件,有效的降低零部件的生产成本,提高生产效率。在本次研究中,除分析激光增材制造Co-Mo-Cr-Si合金的显微组织与性能外,又对合金进行了不同方案的后续热处理,研究了热处理对Co-Mo-Cr-Si高温合金显微组织及力学性能构成的影响。同时,还研究激光增材制造Co-Mo-Cr-Si高温合金在800℃以及1000℃温度下的高温抗氧化性能。研究结果表明,激光增材制造Co-Mo-Cr-Si高温合金的显微组织主要由钴基枝晶及枝晶间的共晶网状组织构成,钴基枝晶为具有面心立方(FCC)晶体结构的y-Co,共晶组织则由γ-Co与金属间化合物Laves相共同组成。在固溶处理后,原有的钴基枝晶及枝晶间的共晶网状组织消失,在Co基体上重新析出了条状及块状的Laves相。同时,随着固溶温度的提升,Laves相的晶粒宽度及体积分数呈现出增大的趋势。时效处理后,在钴基枝晶上析出了大量的颗粒状Laves相,同时随着时效温度的提升,原有的共晶网状结构向块状及细条状转变。对于固溶加时效处理,固溶温度及时效温度都对针状Laves相的析出有一定影响,时效温度的提升可使针状Laves相的析出增加。在不同的后续热处理方案中,没有发现Co-Mo-Cr-Si合金中析出新的强化相,但可以有效的改变Co-Mo-Cr-Si合金中Laves相的形态、尺寸及含量。激光增材制造Co-Mo-Cr-Si高温合金的显微硬度为506 HV0.3,固溶处理及时效处理后,Co-Mo-Cr-Si合金的显微硬度都有显著的提升,固溶加时效试样的显微硬度相较固溶态有所下降。不同热处理温度及方式都会造成Laves相的尺寸、含量以及形态有一定的变化,从而影响试样的硬度。在室温摩擦磨损的实验中,固溶后试样的耐磨性最好,同时各试样的耐磨性也与其各自的硬度有较大关联。Laves相具有严重的室温脆性,在磨损实验中极易从基体中脱落,室温下Co-Mo-Cr-Si合金的磨损机制为磨粒磨损。在高温(400℃C、600℃C、800℃C)的摩擦磨损的实验中,各试样的耐磨性都出现了随着温度的升高耐磨性不断增强的现象,这主要与试样表面形成的氧化膜有关。在800℃C下,各试样表面均形成了致密的氧化膜,表面几乎没有划痕与凹坑。由于Laves相的硬度会随着温度的升高而升高,因此在800℃C下发现了选择磨损的现象。而时效及固溶加时效试样在高温下耐磨性差于未热处理及固溶试样的原因可能与其各自显微组织中存在网格状及针状的Laves相,造成其断裂韧性下降有关。激光增材制造Co-Mo-Cr-Si高温合金的高温抗氧化性能与温度有较大关联。在800℃的温度条件下,其氧化动力学遵循抛物线型规律,抗氧化性能较好。在48小时高温氧化下,Co-Mo-Cr-Si合金单位面积增重为0.70mg/cm2,氧化速率为0.146g/m2·h。在1000℃下其抗氧化性能较差,呈现出线性规律。在48小时高温氧化下,Co-Mo-Cr-Si合金单位面积增重为7.41 mg/cm2,氧化速率为1.541 g/m2·h。在800℃的温度条件下,Co-Mo-Cr-Si合金的表面氧化物出现了明显的分层,最外层为CoCr204与Cr2O3组成的氧化膜,次外层为SiO2和MoO3,内层为MoO3与CoO。外层连续而致密的Cr2O3氧化膜可以有效的控制O元素向材料内部扩散。因此在800℃的条件下,Co-Mo-Cr-Si合金具有较好的高温抗氧化性能。而在1000℃的温度条件下,Cr203转变成CrO3不断挥发,使材料表面无法形成连续而致密的Cr2O3氧化膜防止O元素扩散,同时又由于氧化皮的脱落,使其内部不断被氧化,造成了其较差的抗氧化性能。
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