H13鋼表面激光熔覆梯度涂層及其組織與性能研究.pdf

1、H13鋼因其具有優(yōu)良的綜合性能，是攪拌摩擦焊中常用的攪拌頭材料。在攪拌摩擦焊接過(guò)程中，攪拌頭的工作層容易產(chǎn)生高溫變形和磨損而導(dǎo)致攪拌頭失效，限制了該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。因此，改善攪拌頭材料H13鋼的表面性能，延長(zhǎng)其使用壽命、擴(kuò)大其在高熔點(diǎn)材料焊接中的應(yīng)用就顯得尤為重要。眾所周知，所有的失效都是從表面開始的，因此，本文通過(guò)激光熔覆技術(shù)制備梯度熔覆層，對(duì)H13鋼的表面進(jìn)行改性處理來(lái)提高H13鋼的性能，以期為磨損攪拌頭的修復(fù)和直接成型制造奠定基

2、礎(chǔ)。
　　本文選用鎳基和鈷基合金作為熔覆材料，并添加了WC、TiCN等增強(qiáng)粒子。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化激光熔覆的工藝參數(shù)，最優(yōu)參數(shù)為離焦量20 mm、頻率30 Hz，掃描速度100 mm/min、脈寬2.0 ms、單脈沖能量6.46 J，搭接率30％。在此工作的基礎(chǔ)上，制備梯度熔覆層，并通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)手段對(duì)其微觀組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度分布、耐摩擦磨損性能以及耐高溫氧化性能等進(jìn)行了測(cè)試分析，得到的結(jié)論如下所示。
　　WC和TiCN增強(qiáng)

3、的Co基和Ni基熔覆層的微觀組織均大致保持了從底部到頂部逐漸細(xì)化的趨勢(shì)，增強(qiáng)相WC和TiCN含量的增加有利于細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，兩種增強(qiáng)相對(duì)Co基熔覆層組織分布影響不明顯。而Ni基熔覆層的組織均勻性受到增強(qiáng)顆粒的影響較明顯。TiCN增強(qiáng)的Ni基熔覆層比WC增強(qiáng)的Ni基熔覆層表現(xiàn)出更好的組織均勻性。另外，梯度熔覆層的組織呈現(xiàn)更均勻的分布狀態(tài)。
　　WC和TiCN增強(qiáng)的Co基和Ni基熔覆層顯著地提高了H13鋼的硬度。梯度熔覆層的設(shè)計(jì)不但獲得

4、了更高的顯微硬度值，還改善了顯微硬度的梯度分布，三層梯度熔覆層的顯微硬度呈現(xiàn)出更平緩的梯度下降，這種分布有利于防止熔覆層的性能突變。比較分析可知，同等條件下，WC增強(qiáng)的Co基和Ni基熔覆層的顯微硬度高于TiCN增強(qiáng)的熔覆層，各種熔覆層的硬度值從高到低依次是:WC增強(qiáng)Co基涂層，WC增強(qiáng)Ni基涂層，TiCN增強(qiáng)Co基涂層，以及TiCN增強(qiáng)Ni基涂層。
　　與H13鋼基底相比，梯度熔覆層表現(xiàn)出更優(yōu)越的耐磨性能。WC和TiCN增強(qiáng)的兩層

5、和三層梯度熔覆層的磨損失重遠(yuǎn)小于H13鋼和單層熔覆層，進(jìn)一步表明梯度熔覆的設(shè)計(jì)有利于改善H13鋼的耐磨性。H13鋼基底的磨損機(jī)制主要是黏著磨損，單層Co基熔覆層表現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損形貌，單層Ni基熔覆層表現(xiàn)為粘著磨損，而WC和TiCN增強(qiáng)的兩層和三層的梯度熔覆層則主要表現(xiàn)為磨粒磨損。WC增強(qiáng)的熔覆層較TiCN增強(qiáng)的熔覆層表現(xiàn)出更優(yōu)良的耐磨性。
　　激光熔覆梯度涂層提高了H13鋼的耐高溫氧化性。熔覆材料（Co、Cr、Ni等）在H