解析模具鋼激光熔覆組織和性能

  對產(chǎn)品加工常用模具材料進(jìn)行激光熔覆試驗，以研究熔覆層深度與工藝參數(shù)的關(guān)系、顯微硬度在橫截面上的變化、合金元素的存在形式與分布狀態(tài)、試樣耐磨性能的變化趨勢等，探討采用激光熔覆技術(shù)提高模具性能、延長模具壽命的可行性。

(1)熔覆層深度。隨著激光功率的提高，單道熔覆層深度增加較快，但功率達(dá)到1.3kW后，深度增加較少，基本上達(dá)到了極限深度。數(shù)據(jù)回歸處理得到曲線擬合方程為D= 0.0929P2+0.9091P+0.776，P?（700，1300)，D為熔覆層深度，mm;P為激光功率，W。當(dāng)搭接率為10%并以不同的激光參數(shù)進(jìn)行多道熔覆時，熔覆深度為1.65~2.62mm，不經(jīng)激光預(yù)熱時深度最不均勻，且熔覆材料中加入WC后，熔覆層的不均勻性更加嚴(yán)重，即加劇了熔覆層深度的不均勻性。

(2)熔覆層硬度。無論哪種合金粉末和激光工藝，熔覆處理后表層硬度高，次表層的硬度最高，可以達(dá)到945HV0.2;熔覆合金粉末中加入25%的后，硬度并沒有明顯的提高。激光熔覆后，熔覆層的組織形態(tài)不均勻，表層為鑄造組織形態(tài)，而次表層及靠近基體的熔池底部則為淬火組織，基體仍然保持原來的回火組織。因此硬度峰值出現(xiàn)在次表層，而不是在表面。熔覆層主要通過固溶體強化、細(xì)晶強化、第二相的彌散強化提高硬度。

(3)耐磨性能。在相同的實驗條件下，基體試樣的磨損量最大，達(dá)到了39.4g，而激光熔覆表面的耐磨損性能大大提高，絕對磨損量最低只有9.3g，相對耐磨性最高可達(dá)到熔覆前的4.24倍，表明激光熔覆可以顯著改善表面的耐磨損性能。熔覆合金中加入粉末前后表面的耐磨性能并沒有明顯變化。熔覆試樣磨損表面上有許多小平面，還有與滑動方向一致的細(xì)長的劃痕，說明在摩擦試驗過程中，激光熔覆表面不僅受到了粘著磨損，還受到了磨粒磨損，試驗測得的磨損量是這兩種磨損綜合作用的結(jié)果。

(4)組織結(jié)構(gòu)。無論合金粉末中是否加入，熔覆層組織都十分相近，分為兩種：一種靠近熔池底部為以鎳鉻硅固溶體和低熔點鎳基共晶基體上分布粒狀、短棒狀的混合組織，是比較典型的平面外延生長組織；另一種是熔池中部和表面大致沿?zé)崃鞣较蛏L的枝晶組織，整個熔覆層組織為平面晶和枝晶的混合結(jié)構(gòu)。在掃描電鏡下，熔覆層的共晶組織形態(tài)更加明顯，呈現(xiàn)出排列相當(dāng)整齊的細(xì)小樹枝晶。碳化鎢的加入并沒有使組織發(fā)生變化，沒有觀測到期望的碳化鎢超硬質(zhì)點。在熔覆冷卻過程中，一部分鎢與鉻、硼等形成復(fù)合相，還有少部分固溶于共晶的基體中。對枝桿區(qū)和枝晶間進(jìn)行波譜分析表明，枝桿區(qū)為鎳基固溶體，并含有一定的鉻，而含鎢量較低，但在枝晶間含鎢量較高，表明碳化鎢在高溫下被熔化并冷卻后，碳化鎢消失，并以其它第二相如W3.2Cr1.8B3的形式分布于枝晶間。

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