模具鋼的激光熔覆組織和性能

對(duì)產(chǎn)品加工常用模具材料進(jìn)行激光熔覆試驗(yàn),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(shì)等,探討采用激光熔覆技術(shù)提高模具性能、延長(zhǎng)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,PÎ（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(shí),熔覆深度為1.65~2.62mm,不經(jīng)激光預(yù)熱時(shí)深度*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(wú)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*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(lái)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(guò)固溶體強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、**相的彌散強(qiáng)化提高硬度。
（3）耐磨性能。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,基體試樣的磨損量*大,達(dá)到了39.4g,而激光熔覆表面的耐磨損性能大大提高,優(yōu)良磨損量*低只有9.3g,相對(duì)耐磨性*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(dòng)方向一致的細(xì)長(zhǎng)的劃痕,說(shuō)明在摩擦試驗(yàn)過(guò)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(yàn)測(cè)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(wú)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(diǎn)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(zhǎng)組織；另一種是熔池中部和表面大致沿?zé)崃鞣较蛏L(zhǎng)的枝晶組織,整個(gè)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(cè)到期望的碳化鎢超硬質(zhì)點(diǎn)。在熔覆冷卻過(guò)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(duì)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**相如W3.2Cr1.8B3的形式分布于枝晶間。