球墨鑄鐵表面激光熔覆TiC/鈷基合金組織和性能研究
發(fā)布時間：2021-06-08 06:53
采用激光熔覆方法在球墨鑄鐵表面制備30%TiC/鈷基合金熔覆層,通過OM、SEM、EDS、XRD、TEM、MHV2000數(shù)顯顯微硬度計(jì),分析了熔覆層的顯微組織、成分、物相、熔覆層的硬度變化規(guī)律。結(jié)果表明,球墨鑄鐵基體與熔覆層能形成良好的冶金結(jié)合,熔覆層由表層的樹枝晶和內(nèi)部的胞狀晶組成,從熔體中原位析出初晶TiC,且初晶TiC的量從熔覆層內(nèi)部到表層逐漸增加,而未熔的TiC顆粒在晶間均勻分布,熔覆層主要由γ-Co、TiC、CoCx和少量的Cr7C3相組成,熔覆層的最高硬度是1278.8 HV0.2,提高到球墨鑄鐵基體的5倍以上。
【文章來源】：金屬學(xué)報(bào). 2017,53(04)北大核心EISCICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
激光熔覆層橫截面的宏觀形貌和微觀組織
金屬學(xué)報(bào)53卷及分布于枝晶間的黑色TiC顆粒；圖2b為熔覆層中間層組織，樹枝晶消失，形成了胞狀晶；圖2c為熔覆層和基體的結(jié)合部位組織，主要為胞狀晶、胞狀枝晶和黑色顆粒狀TiC；圖2d為熔覆層熱影響區(qū)組織，形成了片狀馬氏體、少量殘余奧氏體和石墨球；圖2a~c共同特征是涂層中都含有TiC，其中，除未熔的黑色TiC顆粒外，還有溶解的TiC在凝固過程中原位析出的細(xì)小TiC初晶顆粒。在激光輻照時，TiC粉末對激光能量的吸收率比鈷基合金高很多[20,21]，同等條件下，TiC吸收的能量更多，不僅小顆粒TiC或較高溫度的涂層表面處TiC顆粒將全部被溶解，而且大顆粒TiC的邊緣或凸起部位也部分溶解[22]。隨著激光束的移動，熔池溫度迅速下降，合金熔體中溶解的Ti和C又從熔體中重新析出TiC。由圖2可看到，球墨鑄鐵基體表面(圖2d)到熔覆圖1激光熔覆層橫截面的宏觀形貌和微觀組織Fig.1Macroscopicmorphology(a)andmicrostructure(b)ofthecrosssectionoflasercladdinglayer(CZ—claddingzone,BZ—bondedzone,HAZ—heataffectedzone,SUB—substrate)圖2球墨鑄鐵表面30%TiC/鈷基合金激光熔覆層橫截面組織形貌Fig.2Microstructuresofthe30%TiC/Co-basedalloylasercladdinglayeronthesurfaceofductilecastiron(a)nearsurface(b)middlezoneoflayer(c)combiningzone(d)HAZ474
而凝固組織從胞晶轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)達(dá)的樹枝晶。熔覆層熔體凝固開始時，由于快速凝固的溶質(zhì)捕獲效應(yīng)[23]，使TiC的析出較少，隨著凝固的進(jìn)行，結(jié)晶潛熱的釋放使凝固速度減小，溶質(zhì)捕獲效應(yīng)減弱，在凝固后期，即熔覆層的表層凝固時，TiC初生相大量析出，從而使熔覆層中析出的TiC在表層分布較多，而在熔覆層的下層和中間層分布較少，而未熔化的TiC顆粒則在整個熔覆層中呈現(xiàn)出不均勻分布狀態(tài)。2.230%TiC/鈷基合金激光熔覆層成分和物相組成分析為了探明熔覆層中各元素的分布情況，利用EPMA對熔覆層橫截面進(jìn)行了線掃描，如圖3所示。結(jié)果表明：Ti在熔覆層表層含量較多，在遠(yuǎn)離熔覆層表層含量相對較少(圖3b)；除了基體中C元素的擴(kuò)散而導(dǎo)致的C元素在結(jié)合區(qū)和熱影響區(qū)含量較高外，C元素分布和Ti一致(圖3c)，由此可推斷熔覆層表層TiC顆粒含量相對較多。圖4是激光熔覆層(CZ)共晶組織的SEM像和EDS分析結(jié)果。由圖可見，在共晶組織中彌散分布著很多暗黑色相，由EDS結(jié)果可推斷暗黑色相為TiC顆粒和溶解TiC又析出形成的枝晶，這也證實(shí)了圖2中樹枝晶間均勻分布的黑色相為TiC顆粒和溶解TiC形成的枝晶。為確定熔覆層中物相，對熔覆層進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如圖5所示。表明熔覆層主要由g-Co、TiC、圖3熔覆層橫截面線掃描方向和元素分布Fig.3Scanningdirection(a)andelementdistribu-tionsofTi(b)andC(c)ofcrosssectionofcladdinglayer圖4激光熔覆層橫截面SEM像和EDS結(jié)果Fig.4CrosssectionalSEMimageofcladdinglayer(a)andEDSanalysesofpointsI(b)andII(c)inFig.4a童文輝等：球墨鑄鐵表面激光熔覆TiC/鈷基合金組織和性能研究475
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱鍛模激光熔覆Co基WC涂層的高溫磨損性能研究[J]. 徐衛(wèi)仙,張群莉,姚建華. 應(yīng)用激光. 2013(04)
[2]激光熔覆原位合成TiC-TiB2增強(qiáng)鈷基復(fù)合涂層的研究[J]. 何良華,周芳,楊蕙瑤. 激光技術(shù). 2013(03)
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[4]激光熔覆修復(fù)合金球墨鑄鐵風(fēng)冷輥的研究[J]. 謝雨田,吳光輝,王春霞,周圣豐. 熱加工工藝. 2012(24)
[5]球墨鑄鐵表面激光熔覆鐵基合金層的組織與性能[J]. 李養(yǎng)良,杜大明,王利. 機(jī)械工程材料. 2011(10)
[6]球墨鑄鐵表面激光熔覆Fe-Cr-Si-B涂層[J]. 張靜,劉繼常,張福全,鄢銼,楊柳杉,倪立斌. 材料熱處理學(xué)報(bào). 2010(05)
[7]不銹鋼表面激光熔覆鎳基合金層研究[J]. 涂義,張永忠,席明哲. 稀有金屬. 2008(05)
[8]鑄鐵CrMo表面激光熔覆Ni基高溫合金粉末的磨損特性[J]. 張?jiān)气P,閆玉濤,孫志禮. 潤滑與密封. 2007(07)
[9]55Mn鋼表面激光熔覆原位析出顆粒增強(qiáng)Ni基復(fù)合涂層的組織與性能[J]. 李晶,鐘敏霖,劉文今. 金屬熱處理. 2006(11)
[10]球墨鑄鐵表面激光熔覆鈷基合金涂層的研究[J]. 楊膠溪,左鐵釧,徐文清,高協(xié)清. 激光技術(shù). 2006(05)
博士論文
[1]H13鋼表面激光熔覆TiC/Co基涂層及其高溫磨損性能研究[D]. Pham Thi Hong Nga（范氏紅娥）.昆明理工大學(xué) 2013
碩士論文
[1]2Cr12MoV表面激光熔覆Stellite 6涂層的組織及性能研究[D]. 趙文雨.上海交通大學(xué) 2015
[2]基于復(fù)合堆焊的激光熔覆修復(fù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 高賓.上海交通大學(xué) 2010
本文編號：3217900
【文章來源】：金屬學(xué)報(bào). 2017,53(04)北大核心EISCICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
激光熔覆層橫截面的宏觀形貌和微觀組織
金屬學(xué)報(bào)53卷及分布于枝晶間的黑色TiC顆粒；圖2b為熔覆層中間層組織，樹枝晶消失，形成了胞狀晶；圖2c為熔覆層和基體的結(jié)合部位組織，主要為胞狀晶、胞狀枝晶和黑色顆粒狀TiC；圖2d為熔覆層熱影響區(qū)組織，形成了片狀馬氏體、少量殘余奧氏體和石墨球；圖2a~c共同特征是涂層中都含有TiC，其中，除未熔的黑色TiC顆粒外，還有溶解的TiC在凝固過程中原位析出的細(xì)小TiC初晶顆粒。在激光輻照時，TiC粉末對激光能量的吸收率比鈷基合金高很多[20,21]，同等條件下，TiC吸收的能量更多，不僅小顆粒TiC或較高溫度的涂層表面處TiC顆粒將全部被溶解，而且大顆粒TiC的邊緣或凸起部位也部分溶解[22]。隨著激光束的移動，熔池溫度迅速下降，合金熔體中溶解的Ti和C又從熔體中重新析出TiC。由圖2可看到，球墨鑄鐵基體表面(圖2d)到熔覆圖1激光熔覆層橫截面的宏觀形貌和微觀組織Fig.1Macroscopicmorphology(a)andmicrostructure(b)ofthecrosssectionoflasercladdinglayer(CZ—claddingzone,BZ—bondedzone,HAZ—heataffectedzone,SUB—substrate)圖2球墨鑄鐵表面30%TiC/鈷基合金激光熔覆層橫截面組織形貌Fig.2Microstructuresofthe30%TiC/Co-basedalloylasercladdinglayeronthesurfaceofductilecastiron(a)nearsurface(b)middlezoneoflayer(c)combiningzone(d)HAZ474
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[2]基于復(fù)合堆焊的激光熔覆修復(fù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 高賓.上海交通大學(xué) 2010
本文編號：3217900
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