热流密度对高速钢刀具多道熔覆WC/Co陶瓷层组织与性能的影响

目的研究高速钢刀具表面激光多道熔覆WC/Co陶瓷层时,热流密度对熔覆层道次间的影响规律,以及多道熔覆层制备时的参数选择。方法建立多道单层激光熔覆理论模型,并利用模拟仿真和实验的方法,以热流密度作为评价指标,对激光热源的不同参数和熔覆层组织与性能进行耦合分析。结果当热流密度小于24.06×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层内形成细长的枝状晶。当热流密度在36.09×10^(6)~39.82×10^(6) W/m^(2)变化时,熔覆层内形成以胞状、枝状为主要强化相的多晶体混合组织。当热流密度大于44.11×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层组织形成稳态的块状结构。不同热流密度下,熔覆层的物相组织均由Fe_(3)W_(3)C、Co_(3)W_(3)C、Mo_(3)Co_(3)C、W_(2)C、WC、Cr_(3)Mo、(Cr,Fe)_(7)C_(3)和多种间隙化合物组成。结论当第n道熔覆层制备完成后,受到后续第n+1道熔覆层制备时热流密度的影响较大,而此后道次的影响较小。熔覆层内部组织形态随着热流密度的增加从细长的枝状晶向胞状晶转变,再逐渐形成稳态块状晶。熔覆层内各位置的显微硬度值随着热流密度的增加而先增大,随后逐渐减小。较大的热流密度会导致基材参与熔覆的质量增加,但降低了基材的抗弯曲强度,加大了熔覆层及基材断裂的可能性。当热流密度为36.09×10^(6) W/m^(2)时,是一组较为理想的工艺参数选择。

氧化物陶瓷颗粒对铜基熔覆层组织演变及性能的影响

为了提高铜基熔覆层的硬度以及耐磨性能,向药芯焊丝中添加不同成分比例的氧化物陶瓷颗粒并采用TIG熔覆方法制备了Cu基熔覆层,利用OM、SEM、EDS、XRD和显微硬度测试等方法,研究了不同成分比例的氧化物陶瓷颗粒对铜基熔覆层的组织及性能的影响。研究发现,随着Al_(2)O_(3)/TiO_(2)的降低,合金液的流动性有所提高,从而释放了部分的残余应力,并且Cu (311)逐渐转变为Cu (200)峰,促进了铜基熔覆层顶部的晶粒细化,同时向铜侧扩散的铁数量逐渐减少,界面处的树枝晶也产生了明显细化,并且三种熔覆层界面处硬度过渡平缓,熔覆顶部的硬度随着TiO_(2)的增加逐渐升高;在3#熔覆层顶部出现了Al13Fe4金属间化合物,提高熔覆层的表面性能;磨擦磨损结果中磨损量随着TiO_(2)的增加,磨损量也逐渐降低,但明显细化晶粒的3#熔覆层摩擦系数保持稳定,有较少的犁沟效应。

钛合金表面难熔陶瓷激光熔覆层的制备及性能

基于难熔合金的设计理论,利用激光熔覆技术,以Ti-6Al-4V为基粉,HfC、ZrC、TaC和NbC这4种粉末为增强相,使用优化后的激光加工工艺参数,在钛合金板上制备了钛基金属-难熔陶瓷复合熔覆层,并通过实验对激光熔覆层的组织和显微硬度进行了分析。结果表明,熔覆层截面组织以不同形态的TiC晶体为主,存在等轴α-Ti和β-Ti组织;加入的陶瓷相颗粒弥散分布在熔覆层中,组织晶粒得到了细化,其细化程度随着过渡金属元素加入比例的增大而增大;添加陶瓷粉末熔覆层的硬度明显高于未加陶瓷粉末的熔覆层显微硬度;随着陶瓷粉末加入比例的增大,硬度逐渐增大,当陶瓷相含量为10%时,熔覆层的硬度最高为675 HV,比基材硬度提高了1.7~2.0倍。

碳化钨对Fe基合金激光熔覆层性能的影响

采用向Fe基合金粉末中加入一定比例碳化钨硬质颗粒的方法,分别对熔覆层的硬度、摩擦系数以及磨痕的磨损形貌进行分析,探索碳化钨对Fe基合金熔覆层使用性能的影响。结果表明,基体的硬度为302 HV,Fe基合金熔覆层的平均硬度为500 HV,而加入5%、10%、15%碳化钨硬质颗粒的Fe基梯度复合熔覆层的平均硬度分别为662、771、806 HV;Fe基合金熔覆层比基体具有更好的耐磨性,随着Fe基合金粉末中添加碳化钨硬质颗粒的比例逐渐增大,熔覆层与对磨副之间的摩擦系数逐渐减小,磨损量逐渐减小,当碳化钨硬质颗粒的比例达到15%时,由于熔覆层内有较多未熔的碳化钨硬质颗粒,反而磨损量增大,犁沟现象严重。

激光辐照区中心温度对高速钢刀具熔覆WC/Co陶瓷层裂纹与组织的影响

目的研究M2高速钢刀具表面激光熔覆WC/Co陶瓷层的辐照区中心温度对熔覆层边界裂纹、组织的影响规律与裂纹产生机理。方法采用IPG光纤激光器在M2高速钢刀具表面制备WC/Co陶瓷熔覆层,对多因素激光工艺参数进行耦合,用刀具基体表面辐照区的中心温度(T)和作用于单位质量粉末的中心温度(η)对熔覆层进行分析。运用显微硬度计、SEM、EDS等手段表征熔覆层的宏观形貌、显微硬度与组织。结果T小于3535 K时,熔覆层通常表现为单边裂纹;T达到4329 K时,熔覆层裂纹长度及宽度成倍增加并沿结合线的方向扩展;T达到5009 K以上时,熔覆层纵向贯穿裂纹数量增加,熔覆层内部开始出现大面积的组织缺陷。η小于19884 K/g时,熔覆层最高硬度数值与其近乎成等比增长趋势,熔覆层主要由WC胞状晶、W2C枝晶为主要强化相的不规则组织构成;η为19884 K/g时,熔覆层最高硬度为1400HV;η达到19884 K/g以上时,熔覆层最高硬度值逐渐下降,熔覆层组织继续长大并开始团聚,逐渐形成以WC为主要强化相的块状组织结构;η超过23614 K/g时,熔覆层左右边界结合区出现比较明显的富WC陶瓷层。结论在辐照区中心温度小于3535 K时,WC/Co陶瓷层内裂纹可以较为稳定地控制在熔覆层边界处。裂纹的源头多在熔覆层与基体结合的左右边界处,随着中心温度升高,裂纹沿熔覆层结合线方向扩展延伸。作用于单位质量粉末的中心温度对陶瓷熔覆层最高显微硬度的影响最为明显。η较低时,激光温度梯度与熔凝速度之比对陶瓷熔覆层的组织形态和硬度影响更大;η较高时,冷却速度对陶瓷熔覆层的组织形态和硬度影响更大。陶瓷熔覆层边界裂纹的产生和扩展与熔覆层和基材的物性参数差异、温度梯度变化、基材翘曲变形、陶瓷相分布情况有关。

截齿表面感应熔覆WC增强Fe基熔覆层的研究

采用高频感应熔覆技术在采煤机截齿前端表面制备高耐磨的WC增强Fe基熔覆层,结果表明:熔覆层与基体为冶金结合,组织主要为奥氏体、鱼骨状共晶体及少量WC,增强相由(Cr,Fe)7C3,WC,Fe3W3C及Fe3C等组成,熔覆层厚度约2 mm,硬度达63.6HRC,显微硬度平均值为1 007.9HV0.3,耐磨性为基体的4.06倍,耐磨性优异。

Al_2O_3-CoCrAlY复合陶瓷激光熔覆层的组织与性能

研究了Ａｌ２Ｏ３－ＣｏＣｒＡｌＹ复合陶瓷涂层的组织结构、成分分布及其耐磨性能．结果表明：等离子喷涂层的组织呈层片状，面层由α－Ａｌ２Ｏ３和少量的γ－Ａｌ２Ｏ３组成，层间为机械结合界面，涂层平均硬度为８９７ＨＶ０．２．经激光重熔后的组织为单一的α－Ａｌ２Ｏ３柱状晶，在ＣｏＣｒＡｌＹ与基体间有界面相形成，其界面为冶金结合，层间存在着平缓的成分过渡；Ａｌ２Ｏ３与ＣｏＣｒＡｌＹ间的界面结合状况得到了明显的改善．熔覆后的Ａｌ２Ｏ３涂层硬度达２４７９～２６９１ＨＶ０．２，耐磨性能为原始涂层２～３倍。

Stellite 6+WC激光熔覆层微观组织的演变

采用双筒双路送粉法研究了WC含量(体积分数)分别为0%,9%,18%,27%,36%,45%,54%,72%和100%时 Stellite 6＋WC的激光熔覆,在E24低碳钢上熔覆的Stellite 6＋WC涂层微观组织演变中发现了两种明显不同的凝固特征,第一种凝固特征以先共晶枝晶和枝晶间共晶为主导．WC含量从 0-36%,加入的WC完全溶解,凝固组织包含α-Co,σ-CoCr和M7C3类碳化物,第二种凝固特征以各种块状、花状、蝴蝶状及星状析出物和基体为主导, WC含量从 45%-100%,大部分WC溶解,基体中最高W含量(质量分数)为26%左右．析出物中的最高W含量达 64. 6%,微观组织包含 WC,Co和各种Co-W-C/Fe-W-C复杂碳化物,激光熔覆纯WC时出现了许多内部含W约91%,外围含W约68%的特殊块状组织．可能是包晶反应冻结的产物。

WC增强镍基合金高频感应熔覆层的研究

采用刷涂和高频感应熔覆的方法在42CrMo圆钢表面制备了0．6mm厚WC增强镍基合金熔覆层。对熔覆层进行了显微组织、相结构分析及显微硬度测试。结果表明：WC增强镍基合金熔覆层的显微组织均匀致密．无明显的气孔、夹渣缺陷；沿截面依次为熔覆层、过渡区及基体。熔覆层的平均显微硬度可达600-700HV0．2．与基体实现了冶金结合。

35CrMo钢表面激光熔覆Ni/WC-Y_2O_3熔覆层性能研究

研究对35CrMo钢表面激光熔覆Ni/WC-Y2O3合金,分析其工艺、熔覆层显微组织和综合性能,在Ni基合金中加入一定量WC硬质相、稀土氧化物Y2O3后,能对熔覆层组织的性能起到改善作用。分析试验数据表明:多种强化机制共同作用,使熔覆层的硬度和耐磨性能有显著提高;添加WC硬质相,熔覆层硬度变化不大,但耐磨性有很大程度提高;添加稀土氧化物Y2O3,熔覆层晶粒得到了细化,使其硬度和耐磨性都有了较大提高。

双层WC颗粒增强铁基体复合熔覆层的组织和性能研究

采用氩弧熔覆(GTAW)技术在45号钢表面制备了双层WC颗粒增强铁基体复合涂层,通过SEM,XRD和EDS分析了熔覆层的显微组织和相组成,并测试了熔覆层的显微硬度。结果表明:双层复合熔覆层内未见明显裂纹、夹杂等缺陷,与基体呈冶金结合;熔覆层的显微组织由未熔WC颗粒、灰色等轴状初晶和鱼骨状共晶碳化物组成;复合熔覆层的显微硬度由表及里先增加后降低,在近表面出现峰值,高达1 600HV0.2,约为基体硬度的5倍。

送粉激光熔覆WC陶瓷层的高温组织与性能

实验研究了Co基自熔合金、Ni基自熔合金+WC和Co基自熔合金+WC激光熔覆层在不同温度下的显微组织和各种化合物的硬度。结果表明,三种材料在相同激光熔覆工艺参数下获得的熔覆层的高温显微组织、性能存在很大的差异,Ni基自熔合金+WC在700℃时,硬度开始显著降低且显微组织发生很大变化,而Co基自熔合金和Co基自熔合金+WC在700℃时才开始发生变化且变化幅度较小。同时证明,WC在加热过程中硬度没有显著降低。实验结果对获得具有抗高温粘着磨损的激光熔覆层有重要的理论和实际意义。

添加CeO_2激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层的高温干摩擦磨损性能

采用CO2横流激光器在21-4-N耐热钢表面熔覆添加0.5%CeO2的不同成分Ni基WC金属陶瓷复合层;对熔覆层进行了显微组织观察、显微硬度测量以及不同温度下的高温干摩擦磨损试验。结果表明,Ni21+25%WC+0.5%CeO2熔覆层组织均匀细小,高温下以粘着磨损和氧化磨损为主,干摩擦磨损性能优良。

碳化铬金属陶瓷熔覆层的组织及性能研究

利用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）熔铸技术将碳化铬的高温熔体铺展在平面样品的钢表面上，从而形成厚度为几毫米的熔覆层。为克服碳化铬与底材的润湿问题，采用与Ｆｅ有良好互溶性的Ｃｒ作为润湿功能层。在此基础上，使Ｃｒ－Ｃ合金层中的碳作阶梯改变，从而获得了梯度熔覆层结构，采用氮气加压（１００ＭＰａ）和预热工艺（３００℃）等措施，控制反应燃烧温度，改善熔体流动性，增大熔渣分离速度，有利于提高熔覆层表面平滑程度。以９５０℃盐水循环激冷实验评价熔覆层与底材结合强度。结果表明，循环次数大于４０次时仍未出现剥落迹象。研究认为，良好的结合强度来源于界面间强烈的治金作用以及梯度成分分布。

氩弧熔敷原位反应WC硬质陶瓷涂层结构与界面分析

氩弧熔敷原位反应技术具有熔覆快、操作简单,并与基体保持良好的润湿性和结合强度等特点,已成为国内外表面强化技术的热点之一。本文以钨铁和石墨作为原位合成WC涂层的原料,运用氩弧焊技术提供热源在Q235钢基材表面熔敷一层性能优良的耐磨硬质陶瓷涂层。利用扫描电镜、X衍射仪等实验仪器对涂层与基体界面进行分析,研究结果表明,涂层与基体之间呈冶金结合,涂层结构主要由稳定相和亚稳定相构成,在涂层与基体元素互扩散中,Fe向熔覆层扩散的程度比W向基体扩散更为明显,而且在界面中的WC会偏聚集于基体一边。

铝合金表面添加稀土激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量稀土氧化物,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,铝合金上激光熔覆Ni基WC金属陶瓷增强熔覆层无裂纹,组织细小、致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。

AlSi7Mg铝合金表面激光熔覆WC增强镍基合金熔覆层的组织与性能

在AlSi7Mg铝合金表面制备单道和多道WC增强镍基合金激光熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、物相组成、稀释率和显微硬度。结果表明:当激光扫描速度由3.3 mm·s^(-1)增至6.0 mm·s^(-1)时,单道激光熔覆层中的气孔和裂纹变少;在扫描速度4.6 mm·s^(-1)、光斑直径1.0 mm、搭接率20%条件下,多道熔覆层中WC颗粒主要分布在熔覆区与过渡区界面处,裂纹和气孔分别位于搭接处和熔覆层底部;第1道熔覆层及最后1道(第5道)熔覆层的稀释率比第2~4道的高约10%;WC增强镍基合金熔覆层中生成了AlNi、Al_(3) Ni、M_(7)C_(3)、M_(23)C_(3)等析出相,其平均稀释率约45%,显微硬度约1100 HV。

WC添加量对Ni基等离子熔覆层组织与性能的影响

为提升Ni基等离子熔覆层的力学性能,在镍基粉末中添加单晶WC粉末。采用SEM分析、硬度测试、耐磨性测试等方法,研究了添加不同量WC对Ni基等离子熔覆层组织和力学性能的影响。结果表明:在Ni60合金粉末中添加0~30%WC,随着WC添加量的增加,Ni基等离子熔覆层的宏观形貌逐渐变差,未分解的WC颗粒在熔合线处聚集得越来越多,但熔覆层表面硬度呈递增趋势,耐磨性也逐渐提升。实际生产中,要综合考虑Ni基熔覆层宏观形貌及性能要求,合理确定WC添加量。

铝合金表面添加La_2O_3激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量La2O3,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织和能谱分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,在铝合金表面激光熔覆处理时添加适量La2O3获得的Ni基WC金属陶瓷增强涂层无裂纹,组织细小,致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。

激光功率对WC增强Ni35合金激光熔覆层组织与性能的影响

采用不同激光功率(1.1,1.3,1.5kW)在45钢表面激光熔覆制备WC增强Ni35合金熔覆层,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等研究了激光功率对熔覆层组织与性能的影响。结果表明:随着激光功率增大,熔覆层表面宏观裂纹减少,熔覆层稀释率增大;随着激光功率增大,熔覆层的显微硬度升高,磨损量和摩擦因数减小,不同激光功率熔覆层的耐磨性均优于基体;当激光功率为1.5kW时,相比于基体,熔覆层的表面平均硬度提高了约270%,磨损量和摩擦因数分别降低了95.2%和54.93%;随着激光功率的增大,熔覆层的自腐蚀电位先减小后增加,自腐蚀电流密度先增大后降低,当激光功率为1.5kW时,熔覆层的自腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性相对较好。