服役過程中與工件的頻繁接觸,以及壓應力、熱應力等應力的反復作用,使模具表面極易失效。模具表面的失效形式包括磨損、斷裂及塑性變形等,大大影響了模具的服役壽命。通過激光熔覆技術改善模具材料表面性能,達到修復和強化失效模具的目的,是一條提高產品生產效率、降低企業(yè)生產成本的有效途徑,具有重要的工程應用意義。本文采用原位生成法在5CrNiMo鋼表面制備了陶瓷顆粒TiB2+TiC增強Fe基復合涂層,并在此基礎上分別引入超聲振動場和恒穩(wěn)磁場輔助激光熔覆過程,以進一步提高熔覆層的耐磨性能。研究了在不同外場輔助條件下的熔覆層組織和性能的變化,分析了各外場在激光熔覆過程中的作用機理。通過激光工藝參數(shù)的優(yōu)化,確定了用于后續(xù)試驗的激光工藝參數(shù)為:激光功率1400W,掃描速度7mm/s,光斑直徑4mm,預置粉末厚度1mm。在此激光工藝參條件下制備的熔覆層與基體呈冶金結合,整體性能良好。熔覆層的物相主要由α-Fe、Cr7C3、TiB2、TiC和Fe-Ni組成。通過原位反應生成的TiB2和TiC在熔覆層中彌散分布,有效改善熔覆層的硬度和耐磨性能。但激光熔覆快速熔凝的特點導致熔覆層內存有微小裂紋。超聲振動場的引入并未... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１?５ＣｒＮｉＭｏ鋼的顯微組織??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?５ＣｒＮｉＭｏ?ｓｔｅｅｌ??

山東大學碩士論文??２．２試驗方法與設備??２．２．１撖光艦設備及艦層的制備??激光熔覆試驗所用設備為ＩＰＧ－ＹＬＳ－１００００光纖激光加工系統(tǒng)（見圖２．２）。光??纖激光加工系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、激光發(fā)生器、工業(yè)機器人及水冷機等。煜晨公司設??計的激光控制系統(tǒng)負責激光功率、脈沖頻率等激光參數(shù)的調控及加工系統(tǒng)各部分??的開關。激光發(fā)射器為ＩＰＧ－ＹＬＳ－１００００高功率光纖激光器，其額定功率為１００００Ｗ。??通過ＫＵＫＡ工業(yè)機器人控制系統(tǒng)進行編程，可控制ＫＵＫＡ三維加工機器人按既定??的軌跡在工作空間中運動，且試驗參數(shù)中的激光功率和掃描速度亦可在此控制系??統(tǒng)的編程功能中進行設定。??圖２．２?ＩＰＧ－ＹＬＳ－１００００光纖撖光加工＾統(tǒng)??Ｆｉｇ．?２．２?ＩＰＧ－ＹＬＳ－１００００?ｆｉｂｅｒ?ｌａｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??用角磨機對試驗用鋼板表面進行初步打磨，再將基板表面在２００目砂紙上研??磨并用丙酮清洗，晾干后再將復合合金粉末平鋪在基板材料表面，平鋪厚度約為??１ｍｍ。熔覆過程中，機器手臂按事先編程好的軌跡運動，使得激光束掃描預置涂層，??混合合金粉末受激光作用快速熔化，而后快速凝固形成熔覆層。為減少熔覆層的氧??化，在熔覆試驗進行過程中用高純氬（純度＞９９．９％）對熔池進行保護，氣流量為??１５Ｌ／ｍｉｎ〇??根據(jù)是否存在熔覆層在寬度方向上的搭接，將熔覆工藝分為單道熔覆工藝和??１６??

山東大學碩士論文??多道熔覆工藝，兩種工藝各自獲得的熔覆層示意圖如圖２．３所示。單道熔覆層的制??備主要用于熔覆層顯微組織的觀察、熔覆層硬度測試以及工藝參數(shù)優(yōu)化過程中，觀??察熔覆層在不同激光工藝參數(shù)下的表面成形。多道熔覆層的制備主要是為了選擇??合適的搭接率，獲得宏觀成形較好的熔覆層，并用于制備物相分析及磨損測試試樣。??搭接率過大時，會使相鄰熔覆道重合度太大而產生明顯突起，并導致熔覆層內部組??織粗大。搭接率過小則會導致各個熔道在結合處產生明顯的溝道，不利于得到平整??的熔覆層，影響多道熔覆層的整體性能。??（ａ）?（ｂ）??ｃｌａｄｄｉｎｇ?ｌａｙｅｒ?ｃｌａｄｄｉｎｇ?ｌａｙｅｒ?ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ?ｚｏｎｅ????ＨＡＺ????ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??圖２．３激光熔覆層截面：（ａ）單道；（ｂ）多道??Ｆｉｇ．?２．３?Ｌａｓｅｒ?ｃｌａｄｄｉｎｇ?ｓｅｃｔｉｏｎ：?（ａ）?ｓｉｎｇｌｅ?ｔｒａｃｋ；?（ｂ）?ｍｕｌｔｉｐｌｅ?ｔｒａｃｋ??２．２．２組織及性能測試??（１）試樣制備方法??通過ＤＫ７３３２Ｍ型電火花切割機切割熔覆試驗獲得的試樣，根據(jù)不同組織和性??能測試所需試驗要求的尺寸，在電火花切割機控制系統(tǒng)上編程，使得工作臺按既定??軌跡運動，切割熔覆層橫斷面和縱斷面。??Ｘ射線衍射試樣：切割熔覆層的橫斷面和縱斷面，獲得試樣尺寸為??１０ｍｍｘｌ〇ｍｍｘ８ｍｍ，用１２０目、２４０目、４００目的金相砂紙對熔覆層表面進行研磨??至表面光滑，再用無水乙醇清洗表面去除雜質。??金相試樣：沿著熔覆層縱向進行切割獲得試樣，在熱鑲嵌機上鑲嵌，而后在金??相砂紙上由粗到細的順

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本文編號：3262386