B2模具钢激光熔覆层微观组织与疲劳性能的研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:working_man_1986
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冲压模具在使用过程因承受交变载荷作用而发生腐蚀、磨损、疲劳和断裂等各种形式的失效。本文针对冲压模具使用过程中的失效问题,特别是模具刃角部位的性能与模具整体寿命不匹配的问题,采用激光熔覆的方法,对冲压模具失效表面进行修复。试验在B2模具钢基体制备了Ni60A熔覆层和Ni60A+WC熔覆层,研究了熔覆层的组织与性能,分析了工艺参数和熔覆合金成分对熔覆层组织与性能的影响。熔覆试件由熔覆层、热影响区和基体三部分组成。Ni60A熔覆层组织由底部胞状晶和上部树枝晶组成,胞状晶为γ-(Fe,Ni)相,树枝晶为Cr2Ni3,树枝晶间分布着M23C6和CrB等强化相。熔覆层显微硬度在570~580HV之间,基体显微硬度在400~420HV之间。熔覆层表面的磨痕犁沟窄且浅,凹坑数量较少,耐磨性能优于基体。加载载荷F=15KN,循环次数N=2×104时,熔覆层气孔处产生裂纹源;N=3×104时,熔覆层在硬质相处产生裂纹源;N=4×104时,熔覆层与基体熔合线处产生裂纹源;N=5×104时,熔覆层在γ相内部产生疲劳裂纹。试验研究了工艺参数对Ni60A熔覆层组织和性能的影响。结果表明,随脉冲电流增大,熔覆层底部胞状晶变得均匀致密,脉冲电流大于80A时,基体与熔覆层之间形成亮白色的条带状区域;随脉宽值增加,熔覆层上部树枝晶形态变得粗大;频率的变化对熔覆层的组织没有显著影响。熔覆层显微硬度随脉冲电流增大而降低,由熔覆层到基体的变化趋势随脉宽增加而变得显著,随频率的改变变化不明显。熔覆层稀释率随脉冲电流、频率和脉宽的增加而增大。试验研究了WC含量对Ni60A+WC熔覆层组织和性能的影响。ω(WC)=10wt%时,WC大部分熔解在熔覆层中,促进了Cr23C6、Cr4Ni15W和Cr3Ni2Si等强化相的形成;ω(WC)=20wt%时,熔覆层上部树枝晶消失,形成块状晶,组织更为细化;ω(WC)=30wt%时,熔覆层的组织为富W块状共晶,其间含有未熔解的WC和部分W、Cr的碳化物和硼化物。Ni60A+WC熔覆层显微硬度随WC含量增加而增大,最高为1520HV,明显高于Ni60A熔覆层。Ni60A+WC熔覆层的耐磨性因WC颗粒的加入得以改善,磨痕表面犁沟较Ni60A熔覆层窄且浅,凹坑数量也较少。WC含量为35%时,Ni60A+WC熔覆层磨痕表面有大块硬质相颗粒脱落。承受F=15KN,N=5×104的交变载荷时,Ni60A+WC熔覆层以剥离裂纹的形式从基体表面脱落。ω(WC)≤15wt%时,熔覆层剥落的厚度较小,疲劳性能较好;ω(WC)≥20wt%时,熔覆层剥落的厚度随WC含量的增加而增加;ω(WC)≥30wt%时,熔覆层全部从基体脱落。
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