幾種鐵基激光熔覆涂層的組織結(jié)構(gòu)與滑動磨損性能研究

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1、熔覆涂層與硬質(zhì)合金鋼組成的摩擦副的摩擦磨損特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到了良好的耐磨涂層，并初步探究了其磨損機(jī)理。1．試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法1．1激光熔覆層的制備和組織觀察本實(shí)驗(yàn)基體材料采用45鋼，加工尺寸為12×16×10(mm)的試樣塊，12×16面的其中一面開有長×寬×高=12×10×2．5(mm)槽。表面磨平清洗后，經(jīng)噴砂處理。熔覆材料中粉末和硬質(zhì)顆粒粉末的化學(xué)成分和顆粒尺寸見表l。采用預(yù)置粉末法，將所需粉末按適當(dāng)比例經(jīng)混料機(jī)混合均勻，經(jīng)干燥處理后，用丙酮一纖維素做粘結(jié)劑，在凹槽中預(yù)置合金粉末。利用TJ一5000型c0：激光器進(jìn)行單道熔覆，經(jīng)工藝試驗(yàn)優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：功率為1

2、．5Kw，光斑直徑為2．5咖，掃描速度為300mm／min。之后搭接制大面積熔覆層，激光熔覆兩次，第一次涂層高度在1．5mm左右，熔覆后噴砂并將熔覆表面磨平，第二次涂層高度略高于凹槽頂，再次進(jìn)行熔覆。熔覆后的試樣打磨截面，經(jīng)金相拋光制成金相試樣。用腐蝕劑(20％volHN03+30％volHF+50％volH：0的酸溶液)進(jìn)行腐蝕。試樣使用掃描電子顯微鏡分析激光作用表面層的微觀結(jié)構(gòu)。1．2涂層耐磨性能的測定利用HBRVU一187．5型布洛維光學(xué)硬度計(jì)測試激光熔覆層的硬度，測量三次取平均值。用M一200磨損試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行滑動磨損試驗(yàn)，磨環(huán)材料為硬質(zhì)合金，尺寸為中40mm×10

3、咖，硬度(HRA)84，加載500N，轉(zhuǎn)速240r／min，磨損條件為油潤滑磨損，潤滑劑為長城4502合成壓縮機(jī)油。實(shí)驗(yàn)時(shí)問30min。用讀數(shù)光學(xué)顯微鏡測出各個(gè)熔覆試樣的磨痕寬度，每間隔3um測一次，根據(jù)公式’5。{j廠———一礦：6『r2sin一1(』二)一蘭，／r2一(蘭)2]‘2r。2V、2。計(jì)算磨損量，對比評價(jià)熔覆試樣的磨損程度和耐磨性。式中：V為磨損體積損失，r為對磨環(huán)半徑，d為試樣寬度，b為磨痕寬度。表1熔覆材料的化學(xué)成分和顆粒尺寸43171．813．5444～1052044～1052．試驗(yàn)結(jié)果與分析2．1熔覆層組織分析圖1為Fe62，F(xiàn)e33—37加入少量KFN

4、i60B并加入wc硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)的激光熔覆涂層，熔覆區(qū)域是明顯的枝晶微觀結(jié)構(gòu)，呈兩種組織成網(wǎng)狀相間，故增大了開裂傾向。在組織中不能觀察到明顯的wc顆粒，但是硬質(zhì)顆粒的熔解使熔覆層的硬度增加。這是因?yàn)橛操|(zhì)顆粒wc熔化，隨后重新凝固并析出碳化物形成新晶核，阻止Q—Fe枝晶長大。硬質(zhì)顆粒在重新凝固過程中析出的碳化物對熔覆層組織的枝晶起到細(xì)晶強(qiáng)化作用。圖2為鑄造wC、Co包WC和Cr。C。多種硬質(zhì)相復(fù)合增強(qiáng)D507Mo和Fe62混合鐵基合金激光熔覆涂層組織的微觀形貌，表現(xiàn)為細(xì)小的晶粒。由于所含有的Mo具有去脆作用，綜合硬質(zhì)顆粒彌散分布的固溶強(qiáng)化作用，使熔覆涂層硬度很高同時(shí)表觀質(zhì)量也好，

5、裂紋少。Mo的去脆作用在二次熔覆中具有重要影響，保證了熔覆層的質(zhì)量。圖3為KF3ll，F(xiàn)e62和Fe90l合理配比后加入co包wc和cr3c2復(fù)合增強(qiáng)的激光熔覆涂層的微觀組織，其形貌為均勻的胞狀晶。Co包WC在激光熔覆時(shí)發(fā)生熔解，熔解后的再次凝結(jié)形核可以促進(jìn)二29S506la4ab1b506O．1¨M2N76OeFC5FKWD次相的形成，較多的碳化物顆粒起到了固溶慍化平

6、

7、細(xì)晶強(qiáng)化的作用．將樹枝晶變?yōu)樾∏曳植季鶆虻恼拙ЫM織。圖lFe62+Fe3337+KFNl60B+w涂圈2D507Mo+Fe62+c。乜虻+wc涂層圖3Knll+Fe62+Fe901qE(c口包)十c“=橡層

8、髓57硒曬H53磁0圖4三種基體擻光熔覆溶層硬度№較圖5三種基體激光熔攫涂層磨損量＆較2．2熔覆層硬度以上三種鐵基合金中加入不同硬質(zhì)顆粒復(fù)臺增強(qiáng)激光熔覆涂層．成分配比不同，硬度發(fā)生變化。圖4為以上三種激光熔覆涂層的硬度比較。由圖4可以發(fā)現(xiàn)以D507Mo為基體粉末，鑄造wc、co包wc和cn巴多種硬質(zhì)相復(fù)臺增強(qiáng)的激光熔覆涂層硬度略島于其他兩種再己比。其主要原因?yàn)槲慈劢獾挠操|(zhì)顆粒起到了釘扎晶界的強(qiáng)化作用，也可能與熔覆過程硬質(zhì)相的熔化再析出有關(guān)?！?。D507Mo的硬度高于KF3ll，低于Fe62，加入硬質(zhì)相后，cr元素和wc重新凝固后產(chǎn)生多種碳化物增強(qiáng)相，并且彌散分布于熔覆涂層中．

9、使得涂層硬度得到很大提高。同時(shí)D507Mo巾Mo元素的去脆作用減少了裂紋出現(xiàn)的可能性，涂層袁觀質(zhì)量良好。2．3熔疆層磨損性能和機(jī)制對E逑三種激光熔覆涂層耐磨性能的測定和比較。圖j為三種涂屎磨損實(shí)驗(yàn)后磨損罱的比照表格。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)條件下三種激光熔覆涂層的耐磨性能均高于單純基體臺金涂層。以D507Mo為基體粉末，鑄造wc、co包wc和cr正z多種硬質(zhì)相復(fù)合增強(qiáng)的激光熔覆涂層測得的磨損量是小。b硬質(zhì)相增強(qiáng)D507Mo剛6橡螟府損形貌存掃描也鏡F的魁片2％蝴Ⅱ一ⅧⅡ～椰n¨兒一!lj”lli”llj衛(wèi)一#；；Ⅱ