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模具表面复合强化技术

卢顺  
【摘要】: 本文是以解决模具在工作过程中普遍出现的表面腐蚀磨损问题为背景,采用火焰喷焊和等离子喷焊工艺,制备镍基和钴基合金表面复合焊层,运用SEM、XRD、显微硬度、摩擦磨损、热振、耐腐蚀等试验方法,对比研究了火焰喷焊及等离子喷焊试样的微观组织,并综合分析其耐磨、耐腐蚀、耐热等性能。 本文把NiWC35、NiWC50合金火焰喷焊在45钢表面上,把CoWC50合金等离子喷焊在45钢、40Cr、Cr12MoV钢表面上,分析喷焊组织、成分、耐磨性、耐腐蚀性以及抗热疲劳等性能。结果表明,钴基和镍基自熔性合金具有优良的性能、较好的热强性、抗腐蚀性及抗热疲劳性能,适合应用于抗氧化、耐腐蚀、耐磨损的表面焊层。如摆动碾压模及其他热作模具表面的喷焊强化。之所以选择45钢和40Cr等材料做基体,其目的在于用价格相对较低的常规材料代替价格昂贵的高合金模具材料。 喷焊层硬度和耐磨损性能与基材相比得到了很大的提高。因为喷焊层中存在大量的具有规则几何形状的白亮颗粒,是碳化物。该颗粒能显著提高焊层的硬度和耐磨性,焊层组织细密,焊层熔化后与基体金属之间存在相互溶解和扩散,镀层和基体间形成紧密的冶金结合层,从而使熔层的硬度、强韧性、耐磨性等表层综合性能明显提高。喷焊时,合金元素一方面熔解进入固溶体起到了强化作用,同时硬质相弥散在固熔体中,起到了第二相强化作用,尤其是碳化物的加入,显著增加了第二相强化作用。由于火焰合金喷焊和等离子合金喷焊的稀释率较低,低硬度的母材对喷焊层的冲淡率很小,使得合金材料所形成的硬质化合物不被稀释,这些硬质化合物在喷焊层中作为骨架提高了喷焊层的硬度。 另外,研究结果还表明喷焊层耐腐蚀性能比基材优异。这是由于熔覆后的喷焊层是由细小枝晶及枝晶间均匀分布的碳化物和共晶体组成,表面成分均匀,晶粒取向相似,减少了因晶粒取向不同形成的原电池效应加速腐蚀的趋向。同时,喷焊提高了合金元素的固熔度,抑制或大大减少了X相、α相及碳化物的析出,从而减少了腐蚀的趋向。


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