本文選題：激光熔覆 + H13鋼��； 參考：《江蘇理工學(xué)院》2017年碩士論文

【摘要】：H13(4Cr5MoSiV1)合金模具鋼作為熱作模具鋼中使用非常廣泛的模具鋼之一,被廣泛使用在沖擊載荷大的壓鑄模、鍛模、熱擠壓模等。在實際使用的過程中,例如,H13鋼制分流模在鋁型材的擠壓過程中起到至關(guān)重要作用,其主要失效形式是熱疲勞磨損和斷裂。激光熔覆是一種先進(jìn)的表面強(qiáng)化技術(shù),可以很好地解決分流模的使用壽命問題。從現(xiàn)有的研究報道來看,在H13鋼表面熔覆高溫合金增強(qiáng)相的涂層,特別是有關(guān)如何獲得使熔覆涂層質(zhì)量良好的激光熔覆工藝參數(shù)的研究目前偏少。本文采用激光熔覆技術(shù)在H13鋼表面激光熔覆Ni基合金涂層,分析了涂層與基體結(jié)合的組織形貌、物相組成以及涂層的力學(xué)性能。并依據(jù)涂層的熔覆尺寸,采用數(shù)據(jù)分析PCA-TOPSIS法,優(yōu)化得出最優(yōu)的工藝參數(shù)。為提高H13鋼在擠壓模具中的綜合性能,延長其在生產(chǎn)實際中的使用壽命,同時也為激光熔覆工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論和指導(dǎo)。本文介紹了利用正交試驗分析激光熔覆工藝參數(shù)對熔覆尺寸的影響;借助光學(xué)顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)分析了不同激光熔覆工藝對涂層宏觀形貌以及組織形態(tài)的影響;借助X射線衍射儀(XRD)分析對涂層的成分進(jìn)行定量分析;采用顯微硬度計對各涂層截面沿層深方向的顯微硬度進(jìn)行表征;同時也對涂層的磨擦磨損性能以及常溫疲勞性能進(jìn)行表征。依據(jù)光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡分析涂層的組織形態(tài)和微觀形貌,分析不同的激光熔覆工藝參數(shù)對熔覆涂層的宏觀形貌影響,并對微觀缺陷進(jìn)行分析。采用數(shù)據(jù)分析方法PCA-TOPSIS法,依據(jù)單道熔覆的幾何尺寸,優(yōu)化出最優(yōu)工藝參數(shù)。H13鋼中添加Ni基合金的X射線衍射圖譜表明,在Ni60A涂層主要由Cr23C6、γ(Fe-Ni)和Ni2Si等相組成,H13鋼基體表面主要由CrFe4、Fe3C和α-Fe等相組成。涂層的顯微硬度測試結(jié)果表明,涂層的顯微硬度比基體有明顯的提高,熔覆層截面顯微硬度平均高達(dá)800HV,是基體的3~4倍。涂層的摩擦磨損實驗表明,Ni60A涂層和H13鋼基體在不同的載荷下,Ni60A涂層的磨損量并不隨著載荷的增大而線性增大,當(dāng)載荷從1200g增大到1600g時,磨損量明顯變大;當(dāng)載荷超出1600g時,磨損量基本不變。而H13鋼的磨損量隨著載荷的增大也隨之呈現(xiàn)出線性變化,即H13鋼的斜率是定值。涂層的耐腐蝕性能測試結(jié)果表明,Ni60A熔覆層的耐腐蝕性能比基體有明顯的提高。為了修復(fù)失效的H13模具鋼,引入了粉末吸熱密度和稀釋率的概念,探討了兩者的函數(shù)關(guān)系式,結(jié)果表明兩者滿足指數(shù)函數(shù)的關(guān)系,并通過實驗得到了驗證。H13鋼表面熔覆Ni60A涂層的疲勞拉伸試驗表明,不同的激光熔覆工藝參數(shù)下的疲勞壽命明顯不同,稀釋率在30%-35%之間的試樣拉壓疲勞壽命明顯達(dá)到H13基體試樣壽命的70%,為Ni基合金在稀釋率可控性方面提出了理論指導(dǎo)。也為以后激光熔覆再制造技術(shù)在熱擠壓模修復(fù)中提高理論指導(dǎo)。
[Abstract]:H13 (4Cr5MoSiV1) alloy die steel is one of the most widely used die steels in hot work die steel. It is widely used in die casting die, forging die and hot extrusion die with high impact load. In the process of practical application, for example, the shunt die made of H13 steel plays an important role in the extrusion process of aluminum profile. The main failure forms are thermal fatigue wear and fracture. Laser cladding is an advanced surface strengthening technology, which can solve the problem of service life of split mode. According to the existing research reports, there is little research on how to obtain the laser cladding process parameters which can make the quality of the cladding coating better on the surface of H13 steel by cladding superalloy reinforcement phase, especially on how to obtain the laser cladding process parameters which make the quality of the cladding coating good. In this paper, the laser cladding of Ni-based alloy coating on H13 steel was carried out. The microstructure, phase composition and mechanical properties of the coating were analyzed. According to the cladding size of the coating, the optimum process parameters were obtained by using the PCA-TOPSIS method. In order to improve the comprehensive properties of H13 steel in extrusion die, prolong its service life in production practice, and provide the theory and guidance for the optimization of laser cladding process parameters. The influence of laser cladding process parameters on cladding size was analyzed by orthogonal test, and the effect of laser cladding process on the macroscopic morphology and microstructure of the coatings was analyzed by means of optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). The composition of the coating was quantitatively analyzed by means of X-ray diffraction (XRD), and the microhardness of the coating cross-sections along the depth of the coating was characterized by microhardness meter. At the same time, the friction and wear properties of the coating and the fatigue properties at room temperature were also characterized. The microstructure and microstructure of the coatings were analyzed by optical microscope and scanning electron microscope. The effects of different laser cladding parameters on the macroscopic morphology of the coatings were analyzed and the microdefects were analyzed. The data analysis method, PCA-TOPSIS, was used to optimize the X-ray diffraction patterns of Ni-base alloy in steel H13 according to the geometrical size of single-pass cladding. The Ni60A coating is mainly composed of Cr23C6, 緯 (Fe-Ni) and Ni2Si phases. The surface of H13 steel is mainly composed of CrFe4Fe3C and 偽 -Fe phases. The results of microhardness test show that the microhardness of the coating is obviously higher than that of the substrate. The average microhardness of the cladding layer is up to 800 HVV, which is 3 ~ 4 times of that of the substrate. The friction and wear experiments of Ni60A coating and H13 steel substrate show that the wear rate of Ni60A coating and H13 steel substrate does not increase linearly with the increase of load. When the load increases from 1200g to 1600g, the wear rate of Ni60A coating increases obviously, and when the load exceeds 1600g, the wear rate of Ni60A coating does not increase linearly with the increase of load. The amount of wear is basically unchanged. The wear rate of H13 steel changes linearly with the increase of load, that is, the slope of H13 steel is constant. The results of corrosion resistance test showed that the corrosion resistance of Ni60A cladding coating was better than that of substrate. In order to repair the failed H13 die steel, the concepts of powder endothermic density and dilution rate are introduced, and their functional relations are discussed. The results show that the relationship between them meets the exponential function. The fatigue tensile test of Ni60A coating on H13 steel surface shows that the fatigue life of Ni60A coating is obviously different with different laser cladding process parameters. The tensile and compressive fatigue life of the sample with dilution ratio between 30% and 35% is obviously 70 of that of the H13 matrix sample, which provides theoretical guidance for the controllability of the dilution rate of the Ni-based alloy. It also provides theoretical guidance for laser cladding and remanufacturing technology in hot extrusion die repair.
【學(xué)位授予單位】：江蘇理工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2081816