【摘 要】
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铸铁和碳钢作为工业生产中应用广泛的铁碳合金,具有价格低廉、良好的铸造性能、切削加工性、减振性等优点,但在复杂应力的使用环境中,材料表面易出现磨损、变形甚至断裂。本文采用激光熔覆技术,在HT250灰铸铁和T10钢表面预置Cu-Ti-Ni混合粉末,制备Cu-Ti-Ni复合涂层。通过X’Pert PRO PANalytical型X射线衍射仪、S-3400N型扫描电子显微镜、4XCJZ金相显微镜等,分析了
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铸铁和碳钢作为工业生产中应用广泛的铁碳合金,具有价格低廉、良好的铸造性能、切削加工性、减振性等优点,但在复杂应力的使用环境中,材料表面易出现磨损、变形甚至断裂。本文采用激光熔覆技术,在HT250灰铸铁和T10钢表面预置Cu-Ti-Ni混合粉末,制备Cu-Ti-Ni复合涂层。通过X’Pert PRO PANalytical型X射线衍射仪、S-3400N型扫描电子显微镜、4XCJZ金相显微镜等,分析了熔覆层组织物相组成、微观结构、成分分布,对Ti C在组织中的演变进行了探究,研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌的影响。使用HXD-1000 TMSC/LCD型显微硬度计、UMT-3型多功能摩擦磨损试验机对熔覆层进行硬度、摩擦磨损性能测试。单一变量条件下,激光功率增大,灰铸铁熔覆层气孔、裂纹增加,两种基材表面激光熔覆层形貌呈不规则波浪形,熔覆层宽度、熔池深度、稀释率增加;扫描速度降低,熔覆层单位时间内吸热增加,两种基材熔覆层稀释率均提高;预置涂层厚度增加,涂层吸收更多热量,熔池宽度、深度、稀释率降低。当预置涂层厚度为1.6mm时,两种激光熔覆层成形相对更好。HT250灰铸铁熔覆层主要由α-Cu、Ti C、（Fe,Ni）和CFe15.1（γ-Fe奥氏体）组成。T10钢熔覆层主要由α-Fe（铁素体）、α-Cu、Ti C、（Fe,Ni）和CFe15.1（γ-Fe奥氏体）组成。熔覆层的Ti C增强相由基材中的C原子和Cu-Ti-Ni混合粉末中的Ti原子反应生成。灰铸铁熔覆层的Ti C演变过程为:不规则晶胞,多面体颗粒,择优取向树枝状Ti C,最后形成二次枝晶Ti C。T10钢熔覆层中Ti C因基材含碳量低大多以颗粒状均匀分布。单道熔覆层组织熔化和保护气可能导致熔覆层出现气孔,激光熔凝的残余应力使熔覆层出现裂纹。HT250灰铸铁熔覆层的显微硬度达350～750HV0.2,T10钢熔覆层的显微硬度达350～600HV0.2,大约是基材的2到3倍。HT250灰铸铁熔覆层Ti C颗粒发育更加完整、粗大,其显微硬度普遍高于T10钢熔覆层的显微硬度,但T10钢熔覆层热影响区硬度更高。增加预置涂层厚度可以提高熔覆层硬度,但熔覆层硬度受激光工艺参数影响不大。两种铁碳合金熔覆层耐磨性能均优于基材,HT250灰铸铁熔覆层和T10钢熔覆层平均摩擦系数分别为0.38和0.47,磨损失重均少于相应基材。室温下,HT250灰铸铁和T10钢熔覆层磨损表面均出现粘着磨损和磨粒磨损,但T10钢熔覆层磨损表面氧化明显,耐磨性能更好。
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