38CrMoAl激光淬火及镍基合金激光熔覆研究.pdf

郑州大学

硕士学位论文

38CrMoAl激光淬火及镍基合金激光熔覆研究

姓名：王清波

申请学位级别：硕士

专业：光学

指导教师：袁斌;晁明举

20050526
摘要的机理，从优化激光熔覆的工艺参数，调节熔覆材料的成分出发。首次尝试添加激光淬火是现有各种激光表面处理技术中研究和应用最多的方法之一。激光淬火具有变形小等独特优点，它已成功应用于铸铁、碳钢、合金钢、高速钢等钢材的热处理中。激光淬火技术取代传统的热喷涂方法可能是解决畸变问题的有效途径，并且可以节省比较贵重的钴基碳化钨合金粉末，从而降低生产成本。本文首次利用连续波C0。激光束，对38CrMoAl钢表面进行淬火，利用金相显微镜观察淬硬层横断面的显微组织，并测试了熔覆层横断面的硬度分布。在热轧454钢表面，采用自动送粉法在不同的激光工艺参数条件下进行Ni454WC合金粉末中分别加入不同含量的Mo的激光熔覆实验。采用渗透法观察熔覆层表面裂纹；利用金相显微镜和扫描电镜观察熔覆层横断面的显微组织，并测试了熔覆层横断面的硬度分布和熔覆层的摩擦磨损性能。由于激光熔覆的快速加热，快速凝固的工艺特点，熔覆层易产生裂纹，阻碍了激光熔覆技术的工业应用。在常用的自熔性合会中，FeNiCrBSiNi60镍基合金价格适中，具有良好的耐低应力磨损性能和优良的耐弱腐蚀介质腐蚀的性能，但熔覆层易产生裂纹。本文研究了Ni60镍基合金激光熔覆层的开裂行为及开裂一定量的具有细晶作用的Mo，研究了工艺参数条件、材料成分的变化对熔覆层的开裂敏感性和组织性能的影响。在热轧45‘钢表面，采用自动送粉法在不同的激光工艺参数条件下进行Ni60自熔性合余分别加入不同含量的Mo的激光熔覆实验。采用渗透法观察熔覆层表面裂纹；利用金相显微镜和扫描电镜观察熔覆层横断面的显微组织，并对熔覆层的典型组织进行EDS能谱分析和SEM分析，并测试了熔覆层横断面的硬度分布和熔覆层的摩擦磨损性能。研究结果和主要结论如下：1、本文首次利用连续波C02激光束，对38CrMoAI钢表面进行淬火，以前末见文献报道。激光淬硬层分为均匀相变区和过渡区两个区域。均匀相变区对应的会相组织为板条马氏体和少量残余奥氏体，过渡区为板条马氏体和未溶铁素体。在激光功率和离焦量一定的条件下，硬化层厚度和宽度均随扫描速度增加丽减小，淬硬度有一最大值。当激光功率为1．8kw，扫描速度为20mm／s，离焦量郑州人学硕士学位论文
m／s、Mo加入量2．5元素不能成为熔覆层中的有害夹杂相；二是引入元素不能与其它元素生成脆性相为48ram时，取得极大值850Hvo．3，是非淬硬层的3-4倍，可以节省比较贵重的钻基碳化钨合金粉术，从而降低生产成本。2、加入一定量的Mo，可改善Ni45+WC激光熔覆层的质量与性能。实验结果表明：Mo的含量、工艺参数均对Ni45+WC镍基合金激光熔覆层的质量与性能有明显的影响，且存在最佳参数组合。在本文所述实验条件下，当激光功率P=2．OKW、扫描速度V=2mm／s、Mo加入量3．0wt．％时，可获得质量较好的涂层。3、Ni45+WC激光熔覆层硬度大大提高，耐磨性有显著提高，但开裂敏感性增加，严重影响其应用范围。所以本文在其中加入Mo，以降低其开裂敏感性，减少裂纹。Mo对镍基熔覆层性能的改善的原因是：加入少量的Mo后，Mo元素与B、c等相互作用，析出高熔点的Mo的硼化物和碳化物，提高了形核率，使组织颗粒细化、均匀，减少了应力集中，同时减少了低熔点的硅化物和硼化物在品界的偏聚，提高了组织的强韧性。Mo固溶于奥氏体增强组织的红硬性。4．加入一定量的Mo，可改善Nj60激光熔覆层的质量与性能。实验结果表明：Mo的含量、工艺参数均对N{60镍基合金层的质量与性能有明显的影响，且存在最佳参数组合。在本文所述实验条件下，当激光功率P=2．OKW、扫描速度Vwt．％时，可获得质量良好的涂层。5．Ni60+2．5％Mo熔覆层由以细小的伪共晶结构为主的组织构成，熔覆层丌裂敏感性降低，硬度稍有下降，但耐磨性并不降低。微观分析认为：适量的Mo对熔覆层质量的改善的主要原因是Mo。C在高温形核，且弥散分布，与Y(Fe—Ni)固溶体形成共晶体，抑制了cr的硼化物的长大。同时Mo元素使组织颗粒细化、均匀，减少了应力集中，同时减少了低熔点的硅化物和硼化物在晶界的偏聚，提高了组织的强韧性。Mo元素还可以固溶于奥氏体增强组织的}J：硬性。6．综合比较研究可以初步得到这样的结论，在向FeNiCrBSJ系熔覆材料中加入氧化物以改善熔覆层质量或性能时，需要考虑以下三个方面因素：一是引入的并长大或生成低熔点共晶；三引入元素在熔池中若能与Si、B反应生成高熔点化合物，降低熔覆层中的低熔点共晶的含量，对提高熔覆层的质量与性能有益。关键词：激光熔覆镍金合金开裂38CrMoAd钢激光淬火=3