热锻模表面宽带激光熔覆超细碳化钨试验研究

GENGFUZHEN

　　1引言
0 Y' D' _; V; V& Y　　为了适应热作模具恶劣的环境，提高使用寿命，除了要求热作模具钢本身应具有高的韧性和塑性、小的热膨胀系数和好的导热性等优异的力学性能和使用性能外，特别对于与工件直接接触的模具表面更应具有高的热强度、良好的抗回火性，因此，传统的采用各种(氮、碳、硫等)溶渗以及PVD工艺来提高模具的使用寿命，有较好的效果，但在热作模的工况条件下，改性层表面较薄，而且容易发生氧化、剥落而导致失效，最好的解决办法就是在模具材料表面涂覆硬膜，采用激光熔覆技术可以有效的引人诸如WC等高温硬质合金熔覆层，并且与基体形成冶金结合，同时获得良好耐磨性。
　　H13 ( 4Cr5MoSiV1)钢是国际广泛应用的一种空冷硬化热作模具钢。本文在H13表面通过宽带激光熔覆工艺制备超细的碳化钨(如图1所示碳化钨粉末平均粒径约为200nm)合金熔覆层，并分析了熔覆层的微观组织结构、硬度、耐磨性和残余应力。
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. R7 J& }8 r/ |/ D6 D　　图1超细WC粉末SEM照片
+ A: \) r% p: z# Z& s7 z# l　　2试验材料及工艺方法
　　基体材料为回火态的H13钢，试样尺寸为100mm* 50mm * 20mm，其化学成分如表1，实验前对试样表面打磨，然后用无水乙醇清洗。
　　将超细WC与一定量自行配制的含Cr, Fe, Si等元素的粉末一起加人到吸光涂料中，用超声波对溶液进行一个小时的均匀化处理后，涂覆约0. 2mm厚的薄层在试样的表面上，然后吹干。
" s: `$ u9 K: H# f- s* T& ]1 @　　用氢气作为保护气体，并将气体保护装置固定在激光聚焦镜上，随镜头移动，实时对熔池进行气体保护，采用最大功率为7 kW的连续CO。激光器，在光斑尺寸为9*2mm2，扫描速度为0.25~0.40m/min，功率为2~3kW的激光工艺参数条件下对试块表面进行激光处理。
; Q3 v% D( u5 o4 Q　　制备好试样，用HXD-1000型显微硬度计、WM-2002型摩擦磨损实验仪、Hitachi S-4700(II)型场发射扫描电子显微镜、Thermo NORAN VAN-TAGS EIS能谱仪、Thermoarl-SCINTAGX TRAX型X射线衍射仪和Sartorius-BS21S型电子天平(精确到0.Olmg)分别对硬度、耐磨性、表面形貌、元素分布、微观结构、物相以及失重等进行检测和分析。采用X-350A型X射线应力测定仪进行熔覆层残余应力分析。
2 Z$ Q  Q  L1 r0 R; F　　3试验结果及分析
　　3. 1宏观形貌及残余应力
  ?! Q$ q% r" Y5 Q. l* R+ P( M　　如图2所示为采用光斑尺寸为9*2mm，激光熔覆工艺制备的超细WC熔覆层表面和截面的试样扫描照片。从图2A处为金相砂纸打磨以及B处为激光处理后的原始表面形貌，可以看出熔覆层表面平整光滑，且没有裂纹气孔出现，熔覆层截面可以分为四个区:熔覆层、过渡区(熔覆层与热影响区的交界)、热影响区和基体;熔覆层的厚度约为0. 4mm.
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( r8 }4 ?% j( S7 }: M/ r8 F　　图2激光熔覆层WC的宏观形貌
　　为了获得较大面积熔覆层，试验过程我们采用了搭接的办法，从图2中也可看出搭接地方熔覆层过渡自然，这对于需要大面积强化的模具表面具有重要意义。
文章关键词： 热锻模   激光熔覆   碳化钨