H13钢表面Ni/WC熔覆层激光重熔的组织及性能

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lck2000
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H13钢(4Cr5Mo Si V1)作为热作模具钢,广泛应用于各种模具制造中,但由于使用环境受冷热交变载荷作用,以及成形零件与型腔表面的接触摩擦,经常出现热疲劳裂纹、磨损等表面问题,降低了模具的使用寿命。因此越来越多的学者针对H13钢表面激光熔覆WC镍基涂层工艺进行研究,研究发现,熔覆层表面及内部存在孔隙、裂纹等缺陷。针对上述问题,本文通过激光熔覆+激光重熔复合工艺在H13钢表面制备Ni/WC重熔层,对其组织和性能进行表征,为模具表面修复再造应用提供技术支持。为研究制备过程中温度场的分布规律,利用有限元软件对该复合工艺的温度场进行模拟分析,发现激光熔覆和激光重熔过程中,熔池内的温度均在短时间内迅速升高,分别达到1538.3℃和1502.6℃。同时对温度场模拟结果进行实验验证,模拟结果与实验结果的温差分别为69℃和52℃,熔深熔宽差距在0.2 mm以内,误差在合理范围内,证明了模拟结果的准确性。并研究重熔过程中不同工艺参数对温度场的影响,研究表明:激光电流、离焦量及扫描速度均对温度场影响显著,需对工艺参数进行优化设计。对H13钢表面Ni/WC熔覆层激光重熔工艺进行研究,探究WC添加量对激光重熔预涂层成形质量的影响规律,研究表明:随WC添加量的增加,预涂层晶粒尺寸越小,裂纹敏感性和显微硬度值波动越大,其中添加30%WC制备的预涂层表现出最佳性能,预涂层裂纹数量少,显微硬度值波动小。在此基础上,为研究不同工艺参数对重熔层组织性能的影响规律,采用控制变量法对预涂层进行激光重熔处理,实验结果表明:当激光重熔热输入较小时,仅在小区域发生重熔,不足以达到排出孔隙、愈合裂纹的目的;当激光重熔热输入较大时,熔池在凝固过程中产生固态收缩,凝固后组织内产生较大的热应力,导致重熔层内部出现二次裂纹和孔隙现象;重熔层内部晶粒尺寸与激光电流成正比,与离焦量、扫描速度成反比。最终研究优化参数为:激光电流110 A、离焦量7 mm、扫描速度90 mm/min,此时重熔层内无明显孔隙、裂纹缺陷,元素分布均匀,显微硬度值稳定,平均显微硬度达到735.5 HV。为研究激光重熔对激光熔覆成形质量的影响机制,对激光重熔前后各涂层的组织性能进行对比分析,研究表明:激光重熔可以起到二次排渣排气以及愈合裂纹的作用,重熔后涂层表面更平整,鱼鳞纹更规则,且重熔后的涂层内部无明显孔隙、裂纹缺陷;重熔后的涂层显微组织更细小致密,达到细晶强化的目的,同时激光重熔使熔池再次熔化,能够改善元素分布不均匀的情况;重熔前后各涂层的平均显微硬度分别为638.8 HV和735.5 HV,提高了15%左右;重熔后涂层的自腐蚀电位正移、自腐蚀电流密度降低且容抗弧直径更大,耐蚀性能更好。
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