真空環(huán)境與基體預熱對激光熔覆WC增強鎳基合金涂層組織和性能的影響
發(fā)布時間：2021-09-19 06:34
在真空和基體預熱200℃條件下,采用激光熔覆技術在45鋼基體表面制備WC增強鎳基合金涂層,研究了涂層的宏觀與微觀形貌、物相組成、硬度和耐磨性能,并與在大氣環(huán)境氮氣直吹保護和基體未預熱條件下激光熔覆涂層的進行對比。結果表明:在真空和基體預熱條件下,涂層中不存在裂紋與氣孔,組織均勻致密,以胞狀晶為主;涂層物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi組成,Cr23C6硬質相含量低于在大氣環(huán)境氮氣直吹保護和基體不預熱條件下的;涂層的平均顯微硬度為751.14HV,比在大氣環(huán)境氮氣直吹保護和基體不預熱條件下的低約85.43HV;涂層的穩(wěn)定摩擦因數為0.50,表面磨痕橫截面積約為0.4×10-3 mm2,比在大氣環(huán)境氮氣直吹保護和基體不預熱條件下的分別降低約23%和58%,耐磨性能顯著提高。
【文章來源】：機械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
不同試樣的宏觀形貌
由圖3可以看出：1#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi組成；2#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3組成�？芍�，在兩種工藝條件下制備的涂層都是由鎳基固溶體和金屬間化合物組成的。涂層中均未出現WC相，這是因為在大激光功率下，涂層表面的WC極易燒損或分解成W2C和C，分解出的碳元素與其他元素形成新的碳化物[11]。涂層中的鉻和碳元素在一定條件下會發(fā)生反應，當鉻含量較高時生成Cr23C6相，當鉻含量較低時生成Cr3C2相。Cr23C6相為尺寸較大的硬質相，會增加涂層的硬度和脆性，從而增大裂紋產生的可能性。通過對比可以發(fā)現，1#試樣涂層中Cr23C6相的含量明顯低于2#試樣涂層中的。這主要是由于在真空和基體預熱條件下，熔池中液體的流動性好，元素擴散速率加快，涂層中的元素分布更均勻，元素聚集現象減弱，涂層中碳含量相對升高，鉻含量相對降低，從而促進Cr23C6相向細小的Cr3C2相轉變，因此涂層中的鉻碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空環(huán)境與基體預熱可以減少涂層中粗大的硬質相組織，從而降低開裂傾向[12]。2.3 顯微硬度
由圖2可以看出：不同試樣的涂層與基體間均有一條明亮的結合帶，說明兩種工藝下基體與涂層間均形成了良好的冶金結合[9];1#試樣涂層組織主要為胞狀晶，組織均勻致密，涂層中不存在裂紋和明顯的氣孔；2#試樣涂層組織多為樹枝晶和柱狀晶，組織粗大且不均勻，涂層中存在氣孔和貫穿整個涂層的裂紋，并延伸到基體，同時還存在WC聚集區(qū)和硬質相聚集區(qū)。在真空環(huán)境中，熔池內液體的流動性較好，產生的氣體可在內外壓差的作用下于短時間內快速從熔池中逸出，因此涂層中未見明顯的氣孔；基體預熱可減小涂層的溫度梯度，降低裂紋出現的可能性，同時促進鐵元素向涂層擴散，降低涂層的熔點，提高液體的流動性，使熔池內成分更均勻[10]，因此涂層組織致密均勻，且主要為胞狀晶。在大氣環(huán)境氮氣直吹保護、基體不預熱條件下，熔池內液體流動性差，成分不均勻，在結晶時易發(fā)生枝晶偏析，從而形成樹枝晶和柱狀晶；同時液體流動性差還會導致成分聚集，使涂層在靠近結合帶的區(qū)域出現WC聚集區(qū)和硬質相聚集區(qū)。此外液體流動性差還會導致產生的氣體無法及時從熔池中逸出，因此涂層中存在明顯的氣孔。當基體未預熱時，熔體過冷度大，使得涂層中產生過大的殘余熱應力，導致涂層在WC聚集區(qū)和硬質相聚集區(qū)產生了貫穿整個涂層的裂紋，并延伸到基體。由圖3可以看出：1#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi組成；2#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3組成�？芍�，在兩種工藝條件下制備的涂層都是由鎳基固溶體和金屬間化合物組成的。涂層中均未出現WC相，這是因為在大激光功率下，涂層表面的WC極易燒損或分解成W2C和C，分解出的碳元素與其他元素形成新的碳化物[11]。涂層中的鉻和碳元素在一定條件下會發(fā)生反應，當鉻含量較高時生成Cr23C6相，當鉻含量較低時生成Cr3C2相。Cr23C6相為尺寸較大的硬質相，會增加涂層的硬度和脆性，從而增大裂紋產生的可能性。通過對比可以發(fā)現，1#試樣涂層中Cr23C6相的含量明顯低于2#試樣涂層中的。這主要是由于在真空和基體預熱條件下，熔池中液體的流動性好，元素擴散速率加快，涂層中的元素分布更均勻，元素聚集現象減弱，涂層中碳含量相對升高，鉻含量相對降低，從而促進Cr23C6相向細小的Cr3C2相轉變，因此涂層中的鉻碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空環(huán)境與基體預熱可以減少涂層中粗大的硬質相組織，從而降低開裂傾向[12]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超聲振動輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層實驗及分析[J]. 王玉玲,劉善勇,張翔宇,劉永武,李榮超. 中國機械工程. 2018(21)
[2]鎳基釬料對45#鋼激光熔覆鎳基WC合金熔覆層缺陷的影響[J]. 周昌歡,林晨,張娟娟,王清春,杜圣恩. 表面技術. 2018(03)
[3]激光功率對Ni基WC熔覆層組織和性能的影響[J]. 李震,孫榮祿. 金屬熱處理. 2016(09)
[4]光纖激光熔覆鐵基合金粉末對45鋼表面組織和性能的影響[J]. 何力佳,高睿,趙曉杰,王函. 鑄造技術. 2016(01)
[5]機械振動輔助激光熔覆Fe-Cr-Si-B-C涂層的顯微組織及界面分布形態(tài)[J]. 劉洪喜,陶喜德,張曉偉,楊昕恬. 光學精密工程. 2015(08)
[6]預熱溫度對灰鑄鐵表面激光熔覆鎳基涂層組織與性能的影響[J]. 閆世興,董世運,徐濱士,王玉江,任維彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[7]激光熔覆層裂紋缺陷的研究進展[J]. 徐家樂,李忠國,郭華鋒,王凱. 熱加工工藝. 2013(08)
[8]Cr3C2對鎳基碳化鎢激光熔覆層組織與性能的影響[J]. 鐘文華,劉貴仲,葛大梁,高原. 金屬熱處理. 2012(07)
[9]激光熔覆與合金化層的缺陷產生及其防止[J]. 翁鑄,伍麗峰,陸文雄. 激光與光電子學進展. 2003(10)
本文編號：3401210
【文章來源】：機械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
不同試樣的宏觀形貌
由圖3可以看出：1#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi組成；2#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3組成�？芍�，在兩種工藝條件下制備的涂層都是由鎳基固溶體和金屬間化合物組成的。涂層中均未出現WC相，這是因為在大激光功率下，涂層表面的WC極易燒損或分解成W2C和C，分解出的碳元素與其他元素形成新的碳化物[11]。涂層中的鉻和碳元素在一定條件下會發(fā)生反應，當鉻含量較高時生成Cr23C6相，當鉻含量較低時生成Cr3C2相。Cr23C6相為尺寸較大的硬質相，會增加涂層的硬度和脆性，從而增大裂紋產生的可能性。通過對比可以發(fā)現，1#試樣涂層中Cr23C6相的含量明顯低于2#試樣涂層中的。這主要是由于在真空和基體預熱條件下，熔池中液體的流動性好，元素擴散速率加快，涂層中的元素分布更均勻，元素聚集現象減弱，涂層中碳含量相對升高，鉻含量相對降低，從而促進Cr23C6相向細小的Cr3C2相轉變，因此涂層中的鉻碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空環(huán)境與基體預熱可以減少涂層中粗大的硬質相組織，從而降低開裂傾向[12]。2.3 顯微硬度
由圖2可以看出：不同試樣的涂層與基體間均有一條明亮的結合帶，說明兩種工藝下基體與涂層間均形成了良好的冶金結合[9];1#試樣涂層組織主要為胞狀晶，組織均勻致密，涂層中不存在裂紋和明顯的氣孔；2#試樣涂層組織多為樹枝晶和柱狀晶，組織粗大且不均勻，涂層中存在氣孔和貫穿整個涂層的裂紋，并延伸到基體，同時還存在WC聚集區(qū)和硬質相聚集區(qū)。在真空環(huán)境中，熔池內液體的流動性較好，產生的氣體可在內外壓差的作用下于短時間內快速從熔池中逸出，因此涂層中未見明顯的氣孔；基體預熱可減小涂層的溫度梯度，降低裂紋出現的可能性，同時促進鐵元素向涂層擴散，降低涂層的熔點，提高液體的流動性，使熔池內成分更均勻[10]，因此涂層組織致密均勻，且主要為胞狀晶。在大氣環(huán)境氮氣直吹保護、基體不預熱條件下，熔池內液體流動性差，成分不均勻，在結晶時易發(fā)生枝晶偏析，從而形成樹枝晶和柱狀晶；同時液體流動性差還會導致成分聚集，使涂層在靠近結合帶的區(qū)域出現WC聚集區(qū)和硬質相聚集區(qū)。此外液體流動性差還會導致產生的氣體無法及時從熔池中逸出，因此涂層中存在明顯的氣孔。當基體未預熱時，熔體過冷度大，使得涂層中產生過大的殘余熱應力，導致涂層在WC聚集區(qū)和硬質相聚集區(qū)產生了貫穿整個涂層的裂紋，并延伸到基體。由圖3可以看出：1#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi組成；2#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3組成�？芍�，在兩種工藝條件下制備的涂層都是由鎳基固溶體和金屬間化合物組成的。涂層中均未出現WC相，這是因為在大激光功率下，涂層表面的WC極易燒損或分解成W2C和C，分解出的碳元素與其他元素形成新的碳化物[11]。涂層中的鉻和碳元素在一定條件下會發(fā)生反應，當鉻含量較高時生成Cr23C6相，當鉻含量較低時生成Cr3C2相。Cr23C6相為尺寸較大的硬質相，會增加涂層的硬度和脆性，從而增大裂紋產生的可能性。通過對比可以發(fā)現，1#試樣涂層中Cr23C6相的含量明顯低于2#試樣涂層中的。這主要是由于在真空和基體預熱條件下，熔池中液體的流動性好，元素擴散速率加快，涂層中的元素分布更均勻，元素聚集現象減弱，涂層中碳含量相對升高，鉻含量相對降低，從而促進Cr23C6相向細小的Cr3C2相轉變，因此涂層中的鉻碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空環(huán)境與基體預熱可以減少涂層中粗大的硬質相組織，從而降低開裂傾向[12]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超聲振動輔助激光熔覆3540Fe/CeO2涂層實驗及分析[J]. 王玉玲,劉善勇,張翔宇,劉永武,李榮超. 中國機械工程. 2018(21)
[2]鎳基釬料對45#鋼激光熔覆鎳基WC合金熔覆層缺陷的影響[J]. 周昌歡,林晨,張娟娟,王清春,杜圣恩. 表面技術. 2018(03)
[3]激光功率對Ni基WC熔覆層組織和性能的影響[J]. 李震,孫榮祿. 金屬熱處理. 2016(09)
[4]光纖激光熔覆鐵基合金粉末對45鋼表面組織和性能的影響[J]. 何力佳,高睿,趙曉杰,王函. 鑄造技術. 2016(01)
[5]機械振動輔助激光熔覆Fe-Cr-Si-B-C涂層的顯微組織及界面分布形態(tài)[J]. 劉洪喜,陶喜德,張曉偉,楊昕恬. 光學精密工程. 2015(08)
[6]預熱溫度對灰鑄鐵表面激光熔覆鎳基涂層組織與性能的影響[J]. 閆世興,董世運,徐濱士,王玉江,任維彬,方金祥. 材料工程. 2015(01)
[7]激光熔覆層裂紋缺陷的研究進展[J]. 徐家樂,李忠國,郭華鋒,王凱. 熱加工工藝. 2013(08)
[8]Cr3C2對鎳基碳化鎢激光熔覆層組織與性能的影響[J]. 鐘文華,劉貴仲,葛大梁,高原. 金屬熱處理. 2012(07)
[9]激光熔覆與合金化層的缺陷產生及其防止[J]. 翁鑄,伍麗峰,陸文雄. 激光與光電子學進展. 2003(10)
本文編號：3401210
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