【摘要】：模具壽命一直是鍛壓行業(yè)的熱點(diǎn)問題,熱鍛模的耐高溫磨損性能一直是影響其使用壽命的關(guān)鍵所在。顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(PRMMCs)因顆粒增強(qiáng),金屬增韌是理想的耐磨材料,在熱鍛模強(qiáng)化領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的潛力。采用表面工程技術(shù)對模具進(jìn)行修復(fù)和強(qiáng)化一直是鍛壓行業(yè)研究的焦點(diǎn)。當(dāng)前,采用高能束激光或等離子制備PRMMCs存在許多技術(shù)難點(diǎn),如顆粒在高能熱源中的氧化分解、顆粒與金屬基相之間的濕潤性差及難以實(shí)現(xiàn)顆粒在基相中彌散分布等問題。SiC作為一種理想的陶瓷增強(qiáng)相,具有優(yōu)異的機(jī)械與化學(xué)性能。因此,開展基于等離子堆焊的SiC改性金屬基復(fù)合焊層(MMCCs)的研究具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值和理論探索意義。本文以鎳基、鈷基高溫合金為研究對象,通過借鑒激光熔注技術(shù)的成熟方法,將等離子堆焊(PTA)與等離子熔注(PMI)相結(jié)合,采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)對難熔易燒損SiC粉末進(jìn)行包覆處理,并以包覆粉作為堆焊的彌散強(qiáng)化相,獲得了SiC改性金屬基復(fù)合焊層。通過研究SiC粉體化學(xué)鍍鎳工藝,探尋適合粉體鍍鎳的優(yōu)化配方及工藝參數(shù),并結(jié)合粉體化學(xué)鍍鎳機(jī)理,將包覆技術(shù)向其它粉體拓展。通過研究SiC改性MMCCs的微觀組織、探尋SiC對熔池的作用機(jī)理,并揭示化學(xué)鍍鎳在PTA+PMI技術(shù)中的作用。此外,系統(tǒng)研究SiC改性MMCCs的機(jī)械、抗氧化及磨損性能,并深入分析磨損機(jī)制及焊層強(qiáng)化機(jī)理。在實(shí)驗(yàn)室條件下對制備出的焊層進(jìn)行基于熱鍛服役條件下的磨損性能評價,研究了復(fù)合焊層的高溫磨損性能。此外,對復(fù)合焊層的熱疲勞性能也進(jìn)行了研究。論文主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:本研究通過正交設(shè)計(jì)的方法,優(yōu)選出了適用于粉體化學(xué)鍍鎳的高效配方,其鍍覆速率達(dá)到11.28%,且穩(wěn)定性好,在不補(bǔ)加主鹽和還原劑的情況下,單缸重復(fù)施鍍能力達(dá)到4-5次。所獲得的鍍層致密、均勻,經(jīng)重復(fù)施鍍1次,鍍厚可達(dá)6.5μm。通過對粉體的化學(xué)鍍鎳機(jī)制研究表明,鍍鎳層最開始的形核是依靠SiC表面的Pd活化點(diǎn)進(jìn)行,隨后,通過“自催化形核”和“電化學(xué)形核”的方式實(shí)現(xiàn)鍍層致密并增厚。將上述配方體系拓展至WC、Mo粉,均能實(shí)現(xiàn)鎳包覆處理。通過對不同送粉方式下的SiC改性MMCCs的微觀組織研究表明,在PTA+PMI技術(shù)中,采用鎳包覆SiC粉末(Ni/SiC),既可以保證SiC在等離子焰中不被燒損和氧化,又可以提高熔池與SiC的潤濕性,促進(jìn)了SiC對熔池的改性。注射進(jìn)Ni基熔池的Ni/SiC,與熔池金屬中的Ni、Cr、Fe元素,發(fā)生了界面反應(yīng),形成了大量原位M7C3(M=Cr,Fe)型碳化物與共晶硅化物(Ni3Si)。Ni/SiC粉體在熔池中的動態(tài)運(yùn)動效果,使得原位生成的碳化物在熔池中大量存在,并繼續(xù)發(fā)揮形核的“核心”,使得焊層中形成大量的、均勻的碳化物組織,形成動態(tài)原位反應(yīng)增強(qiáng)機(jī)制。受熔池阻力與浮力影響,焊層越深的地方,注入的SiC數(shù)量越少,造成沿焊層深度方向,生成的M7C3的粒徑依次減小,焊層結(jié)構(gòu)呈梯度分布。經(jīng)SiC改性的Ni基復(fù)合焊層,其顯微硬度提高了約380 HV0.5,剛度、耐磨性均得到有效提高。常溫磨損下主要發(fā)生的是微磨粒磨損機(jī)制,抗黏著磨損能力得到了加強(qiáng)。高溫磨損條件下,主要發(fā)生的是磨粒磨損機(jī)制和中等程度的黏著磨損機(jī)制,Ni3Si是造成磨損的薄弱組織。此外,因焊層中SiC分解引入了大量的Si元素,導(dǎo)致復(fù)合焊層的高溫抗氧化性能得到了改善。熱震實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SiC改性Ni基復(fù)合焊層,抗熱裂性能發(fā)生了下降。焊層中的M7C3化合物脆性開裂是造成熱裂的主要原因之一。利用SiC改性Ni基復(fù)合焊層的機(jī)理,對Co基Stellite 6合金進(jìn)行改性,SiC發(fā)揮了同樣的動態(tài)原位反應(yīng)增強(qiáng)機(jī)制。焊層中生成了M7C3(M=Cr,Fe)碳化物共晶硅化物(Co2Si,WSi2)。焊層的硬度、彈性模量、抗氧化性、耐高溫磨損能力均有效得到提高,然而耐熱疲勞性能因改性后的復(fù)合焊層具有組織脆性而發(fā)生了下降�；跓徨懛蹢l件下的上述兩種改性焊層的耐高溫磨損實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)SiC改性Ni、Co基處理后的4Cr5MoSiV1鋼表面抗黏著磨損、抗磨粒磨損和減摩性能獲得了增強(qiáng),可用于熱鍛服役條件下模具表面容易發(fā)生塑性變形、氧化與磨損,而對熱疲勞性能要求不太苛刻的區(qū)域,有望提高模具壽命。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG455

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2291454