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H13钢表面熔覆工艺的研究

H13钢表面熔覆工艺的研究 

激光熔覆修覆技术是通过在基体表面添加熔覆材料,并利用高能量密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法,在基体表面形成与其为冶金结合的熔覆层,从而达到修复的目的。由于熔覆层与金属基体呈现原子冶金结合,金属表面能够获得高的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温和抗氧化等综合性能。目前常用的熔覆材料主要有铁基、镍基和钴基合金粉末等,其中镍基合金以其优良的耐磨性能和适中的价格在工业界得到广泛应用。本文通过在H13钢的基体表面激光熔覆Ni基合金,研究激光工艺参数对激光熔覆层的微观组织结构、考察熔覆层的硬度以及对耐磨性能的影响,为激光熔覆技术在热作模具钢修复方面的应用提供试验依据。 

H13钢试样的尺寸为100mm×50mm×20mm,H13钢的主要化学成分为(质量分数,%):0.32~0.45C,0.80~1.20Si,0.20~0.50Mn,4.75~5.50Cr,1.10~1.75Mo,0.80~1.20V,≤0.03P,≤0.03S。激光熔覆所用的Ni55A粉末规格目数是-200~+300目,其化学组成为(质量分数,%):0.5~0.8C,14.0~16.0Cr,3.0~4.5Si,≤5Fe,2.5~3.5B,余量Ni。采取功率为10kW的CO2激光器(波长为10.6μm)进行熔覆试验。对H13钢基体表面用砂轮机进行打磨,打磨后用丙酮清洗干净,待其干燥后,向其表面预置镍基粉末。激光熔覆前,对H13钢进行预热处理,预热温度300~500℃,焊后进行石棉保温缓冷。光斑直径为2.5mm,熔覆过程中无气体保护。 
通过预热,在H13钢基体熔覆了一层Ni基涂层,该涂层的显微组织由细密的枝晶组织组成,和基体形成了良好的冶金结合,无孔洞裂纹等缺陷。在一定的参数范围内,随着扫描速度和激光功率的增加,熔覆层的显微硬度显著提高,并呈阶梯状分布。在一定的参数范围内,随扫描速度增加和激光功率的减小,熔覆层的耐磨性能增强。综合熔覆层显微组织、显微硬度和耐磨性分析,当光斑直径和预置层厚度一定时,当激光熔覆功率为2kW,扫描速度为200~300mm/min时,熔覆层性能最好。

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