热等静压TiC/H13钢基复合材料的力学性能与合理初始粒径比

以H13钢粉和TiC粉末为原料,采用热等静压法制备H13钢和TiC/H13钢基复合材料,重点考察TiC粉末与H13钢粉末的初始粒径比（r/R）对复合材料的致密度、宏观硬度、微观组织及拉伸性能的影响。结果表明：直接用市售的H13钢粉和TiC粉制备的TiC/H13钢基复合材料,其致密度和抗拉强度均比H13钢的低,分别为88.2%和544.5 MPa,硬度HRC为62.5,比H13钢的略高。通过构建简单几何关系模型及分析,推导出增强相TiC颗粒与H13钢粉的初始粒径比r/R的合理判据,

半导体激光熔覆TiC/H13涂层的抗回火性能

在热作模具钢H13基体上通过激光熔覆制备出TiC/H13复合涂层,研究不同TiC含量对复合涂层抗回火(600℃)性能的影响。利用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计对激光熔覆涂层回火前后的组织、成分、硬度进行了对比分析和测试。TiC质量分数小于25 wt.%时,涂层与基体之间保持良好的结合,没有出现明显缺陷,当质量分数为25 wt.%时,颗粒周围出现微裂纹。能谱分析表明复合涂层中的颗粒主要成分是Ti和C。激光熔覆TiC/H13复合涂层回火处理10h和回火前对比,晶粒明显长大,随着TiC含量增加,涂层晶粒越细小,TiC弥散分布于晶界处,抑制枝晶的生长,起到细化晶粒的效果;回火20h和回火10h的对比发现晶粒长大不明显。硬度测试显示随着TiC质量分数的增加,熔覆层硬度明显增加,回火后仍保持很高的硬度。

激光熔覆H13/TiC复合涂层中TiC的生长机制

采用激光熔覆技术,在H13钢表面制备H13/TiC复合涂层。通过XRD、TEM和SEM对熔覆层中的物相、微观形貌和组成进行表征,研究了不同TiC含量形成的熔覆层中,TiC颗粒的形貌变化。结果表明:随着TiC含量的增加,熔覆层内TiC颗粒由少增多,由分散的不规则的多边形演变为放射状的树枝晶和花状;并对TiC的生长机理进行了初步分析。

激光熔覆H13-TiC梯度复合涂层的制备与组织性能

为了解决高温下热应力导致的常规涂层脱落与开裂,在H13钢表面激光熔覆制备了H13-TiC梯度复合涂层,采用扫描电镜、X射线衍射、电子探针能谱等技术对梯度涂层的组织形貌、成分分布、硬度和热稳定性进行了分析。结果表明,涂层主要由Fe-Cr,TiC,TiO_2和Fe_7C_3等物相组成,其中TiC呈现近多面体、枝晶态等外形;随着TiC含量的增加,TiC颗粒的尺寸变大,梯度涂层的硬度逐渐提高,结合区的枝晶组织逐渐变小,呈现明显的梯度分布;600℃高温加热空冷处理后,各层间重熔软化区硬度下降幅度最大,其次为基体H13钢,整体上硬度仍呈梯度分布。可以看出,激光熔覆H13-TiC梯度复合涂层有着极大的应用潜力。

TiC对激光熔覆H13-TiC复合涂层组织和性能的影响

为提高热作模具钢的表面性能,在H13钢表面激光熔覆制备了H13-TiC复合涂层,研究了添加不同含量的TiC对H13-TiC复合涂层显微组织的影响,并模拟H13工况,测试了复合涂层的热稳定性、摩擦磨损性能等。结果表明,TiC含量较低时呈现近圆形、菱形等不规则形状;随着TiC含量的提高,呈现棒状、枝晶状等形态;TiC强化相的添加有效提高了材料的热稳定性、耐磨性能,熔覆层的耐磨性比H13基体提高3.5倍。这是TiC陶瓷颗粒在熔覆层中弥散和细晶强化共同作用的结果。

模具钢H13复合热处理的表层组织分析

H13(4Cr5MoSiV1)钢作为一种热作模具钢,由于热强性及综合力学性能优于3Cr2W8V钢,已在我国广泛应用。它的常规热处理工艺是:淬火加两次高温回火,为提高表面硬度,有时结合最终回火进行氮碳共渗处理,表面硬度虽可达1000HV01,耐磨性和使用寿命仍较低。为了提高H13钢模具的耐磨性和使用寿命,我们对该钢进行了复合热处理实验。首先在预热期进行880℃×2h的无毒液体碳氮共渗[1～3]。然后放入980℃的氯基熔盐被覆炉中被覆TiC[2],经不同的时间保温后,取出淬油。处理后的试样进行表层显微组织检测,硬度结果较为理想。

激光熔覆H13-TiC颗粒增强复合涂层的弹塑性能

利用相同的激光熔覆工艺条件,在H13钢基材上制备了不同TiC颗粒含量的H13-TiC复合涂层。采用准静态拉伸实验,获得了复合涂层的弹塑性应力应变曲线。实验结果显示,复合涂层达到屈服强度后,硬化效应明显;颗粒含量提高,其弹性模量和屈服强度相对增加,但抗拉强度变化不明显。利用扫描电镜(SEM)观测试样拉伸后的断口形貌,在TiC颗粒含量较低的情况下,断口分布有大量韧窝,呈韧性断裂,随着TiC颗粒的增多,断裂方式从韧性向脆性转变。基于Mori-Tanaka平均场理论,耦合ABAQUS子程序UMAT,对颗粒增强复合涂层进行了弹塑性的数值模拟,在一定误差范围内,理论预测与实验结果基本吻合。

高速钢刀具激光熔覆涂层与力学性能研究

采用激光熔覆的方法在高速钢刀具4Cr5MoSiV1钢表面制备了不同TiC体积分数的复合熔覆层,对比分析了4种复合熔覆层的显微形貌、常温拉伸力学性能和断口形貌。结果表明,随着熔覆层中TiC体积分数的增加,熔覆层试样的屈服强度逐渐增加,断后伸长率逐渐降低,7.5%TiC时抗拉强度取得最大值,继续增加TiC体积分数,熔覆层试样的抗拉强度反而会降低;随着熔覆层中TiC增加,试样的断裂形式从韧性断裂转变为脆性断裂。