论文部分内容阅读
表面改性技术在节约资源的同时能够修复和显著改善提高工件表面性能。激光熔覆技术因具有热源能量高密度集中、稀释率低、熔覆层厚度和可选取的熔覆粉末范围广、冶金性能好等优点被广泛研究和应用于表面改性技术中。近年来采用原位自生反应方法制备的激光熔覆层的微观组织致密均匀,并且呈现出高硬度高耐磨性能等优异的综合力学性能。本文采用ZG230-450铸钢件为基体材料,Stellite20钴基合金粉末和纯Nb的混合粉末作为熔覆粉末材料,采用2kW横流连续Nd:同步送粉激光器在ZG230-450铸钢试样表面熔覆不同成分的Stellite20-Nb混合合金粉末,并改变激光工艺参数制备出具有高硬度高耐磨损性能的激光熔覆层。对Stellite20合金熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度和耐磨损性能分析后表明:当激光功率为1200w时形成的熔覆层表面连续稳定光滑且具有良好稀释率,微观组织呈现出典型快速冷却组织特征,主要有平面晶、胞状晶、柱状树枝晶和等轴晶。Stellite20激光熔覆层中生成的相由基体相γ-Co固溶体和M7C3(Cr7C3、(Cr,Fe)7C3、Fe 7C3)、M23C6(Cr23C6、(Cr,Fe)23C6)、Cr3C2、Co6W6C、WC、Co3W、FeCr硬质相组成。熔覆层的显微硬度和耐磨损性能显著提高,分别约是ZG230-450基体的8倍和3倍。对Stellite20/Nb合金熔覆层的微观组织、显微硬度和耐磨损性能分析后表明:激光功率为1200w,Nb添加量为13%时可获得具有最佳宏观形貌、微观组织和良好力学性能的Stellite20/Nb合金熔覆层。熔覆层中新出现了原位自生的NbC、CoxNb、NbCr2硬质相。当激光功率1200w时,Nb添加量增多,显著细化了熔覆层的微观组织,使得熔覆层中的胞状晶和柱状树枝晶逐渐减少,致密均匀的等轴晶逐渐增多。当Nb添加量为1%～3%时,在平衡凝固条件下微观组织的主体是先析出的枝晶和枝晶间共晶。Nb添加量为5%～13%时,在偏离平衡凝固条件下,熔覆层以原位自生反应生成的不同形状的NbC和铬化物在熔覆层中起主导作用。通过研究Stellite20/Nb合金熔覆层中原位自生成的NbC形貌的变化可以表明:在基体粉末中加入强碳化物形成元素Nb可以优先于C反应生成高熔点高硬度的碳化物,当Nb含量为13%时,NbC呈块状、菱形、方形、蝴蝶状等形态分布于熔覆层中,可以作为熔覆层中异质形核的核心细化熔覆层组织,显著提高熔覆层组织的均匀性、致密性、硬度和耐磨损性能。熔覆层的显微硬度和耐磨损性能也随着Nb添加量的增加而逐渐升高,当Nb添加量为13%时,熔覆层的显微硬度达到1050HV0.5,分别约是基体材料ZG230-450铸钢和纯Stellite20熔覆层的10倍和2倍,耐磨损性能最高分别是基体材料ZG230450铸钢和纯Stellite20熔覆层的10倍和8倍。