本文關(guān)鍵詞：H13鋼表面激光熔覆CoCrFeNiSiB非晶覆層的組織與性能研究

  更多相關(guān)文章： 激光熔覆 非晶覆層 顯微結(jié)構(gòu) 高溫耐磨性

【摘要】：非晶合金涂/覆層具備高硬度、高耐腐蝕性和優(yōu)異的中高溫力學(xué)性能,可顯著提高發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件、艦船關(guān)鍵零部件、熱作模具、核廢料儲存罐和采石采油結(jié)構(gòu)件的耐磨、耐蝕及高溫性能。課題針對高精密熱作模具鋼的激光表面改性和堆焊再制造,首次采用普通自熔性合金粉末,在H13熱作模具鋼表面成功制備了C℃r Fe Ni Si B合金非晶覆層。主要的研究內(nèi)容包括激光熔覆Co Cr Fe NiSi B非晶覆層工藝優(yōu)化、非晶覆層的顯微織構(gòu)和相組成分析、非晶覆層的熱穩(wěn)定性分析、非晶覆層的高溫力學(xué)性能特征及形成機(jī)理研究,最后,課題揭示了熔覆粉末中主要合金元素含量的變化對非晶覆層組織和性能的影響規(guī)律。采用正交試驗(yàn)的方法,以顯微硬度、稀釋率和高溫耐磨性作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對激光熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并制備了Co_(34)Cr_(29)Fe_8Ni_8Si_7B_(14)非晶覆層。采用場發(fā)射掃描電鏡、X-射線衍射儀和透射電鏡研究了非晶覆層的相組成及非晶相含量。根據(jù)非晶覆層的組織形貌特征,將覆層橫截面劃分為兩部分,即非晶區(qū)和根部枝晶區(qū)。覆層根部枝晶區(qū)高度約為10μm,非晶區(qū)非晶相含量高于85%,晶化相為(Co,Fe)固溶體相。采用差示掃描量熱法研究了Co_(34)Cr_(29)Fe_8Ni_8Si_7B_(14)非晶覆層的熱穩(wěn)定性。結(jié)果證明,覆層的玻璃化溫度Tg約為298℃,晶化溫度Tx為342℃,過冷液相區(qū)寬度ΔTx約為44℃。根據(jù)Kissinger方程,討論了晶化溫度Tx與結(jié)晶過程激活能E的關(guān)系,提出非晶覆層的熱穩(wěn)定性取決于覆層的成分。覆層的力學(xué)性能檢測結(jié)果表明,非晶區(qū)的顯微硬度約為基體顯微硬度的6倍;500℃摩擦磨損條件下,覆層的摩擦系數(shù)約為0.15,非晶區(qū)的磨損機(jī)制為磨粒磨損+少量氧化磨損+少量脆性剝落。研究了(Fe_(100-x))_(42)Cr_(29)Ni_8Si_7B_(14)(x=48,43,38,33,28)非晶覆層中Co元素原子含量變化對覆層組織和性能的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)覆層由枝晶區(qū)和非晶-等軸晶區(qū)組成。枝晶區(qū)中(Fe,Ni)固溶體相和(Co,Fe)固溶體相為基體相,析出相包括:Cr化合物+Ni-Ni3B共晶組織+硼化物+碳化物等,Co原子含量減少,根部柱狀晶高度由15μm增大至50μm。Co原子含量減少,等軸晶尺寸由1μm增大至2-3μm,覆層非晶-等軸晶區(qū)中Co Fe15.7和γ(Fe,Ni)相含量增大,非晶相含量減小,顯微硬度值由約850HV0.2減小至約650HV0.2,高溫摩擦系數(shù)和磨損率均顯著升高,高溫磨損表面氧化物尺寸由20μm增大至400μm,分布位置由磨痕內(nèi)部擴(kuò)展至磨痕邊緣,磨損表面的磨損機(jī)制均為磨粒磨損+氧化磨損。根據(jù)非晶相和晶化相存在力學(xué)性能差異,提出使用沖擊磨損+XRD方法分析確定(Fe_(100-x))_(42)Cr_(29)Ni_8Si_7B_(14)(x=48,43,38,33,28)非晶覆層中的晶化相的相組成,沖擊磨損后晶化相的微觀形貌可直接采用掃描電子顯微鏡觀測。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 非晶覆層 顯微結(jié)構(gòu) 高溫耐磨性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 非晶合金11-12
• 1.3 激光熔覆技術(shù)12
• 1.4 激光熔覆制備非晶覆層的研究進(jìn)展12-17
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 試驗(yàn)材料和方法19-28
• 2.1 試驗(yàn)材料19-24
• 2.1.1 基體材料19
• 2.1.2 熔覆粉末19-24
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備、過程和分析方法24-28
• 2.2.1 激光熔覆系統(tǒng)24
• 2.2.2 激光熔覆試驗(yàn)過程和技術(shù)路線24-25
• 2.2.3 顯微組織和物相分析25-26
• 2.2.4 熔覆層性能測試26-28
• 第3章 激光熔覆試驗(yàn)工藝優(yōu)化研究28-36
• 3.1 正交試驗(yàn)方案28-29
• 3.2 熔覆層的性能評價(jià)29-31
• 3.2.1 高溫耐磨性29-30
• 3.2.2 顯微硬度30
• 3.2.3 稀釋率30-31
• 3.3 極差分析法31-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 CoCr Fe Ni Si B非晶覆層組織與性能研究36-48
• 4.1 CoCrFeNiSiB非晶相的XRD分析36
• 4.2 CoCrFeNiSiB非晶覆層的微觀組織分析36-41
• 4.3 CoCrFeNiSiB非晶覆層的顯微硬度分析41-43
• 4.4 CoCrFeNiSiB非晶覆層的熱穩(wěn)定性分析43-45
• 4.5 CoCrFeNiSiB非晶覆層的高溫耐磨性分析45-47
• 4.6 本章小結(jié)47-48
• 第5章 Co原子含量變化對CoCrFeNiSiB非晶覆層組織和性能的影響48-68
• 5.1 Co原子含量變化對CoCrFeNiSiB非晶覆層微觀組織的影響48-57
• 5.1.1 物相分析49-50
• 5.1.2 組織形貌分析50-53
• 5.1.3 HRTEM分析53-56
• 5.1.4 元素分布分析56-57
• 5.2 Co原子含量變化對CoCrFeNiSiB非晶覆層的顯微硬度影響57
• 5.3 Co原子含量變化對CoCrFeNiSiB非晶覆層高溫耐磨性的影響57-63
• 5.4 一種確定非晶覆層中晶化相的新方法63-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果76-78
• 致謝78

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