5CrMnMo钢及其堆焊材料激光强化层高温性能的研究

论文摘要

引进的1.6万吨曲轴锻压生产线上国产模具寿命远低于昂贵进口模具寿命的现状已成为亟待解决的关键难题。基于激光合金化优选工艺实施后使切边模具寿命提高2-3倍的成功实践，本文针对热锻模具更为恶劣的工况和企业模具制造、修复的现行工艺流程，对国产5CrMnMo模具钢及新型D650焊条堆焊层进行激光熔凝、激光共晶合金化、激光陶瓷合金化及激光熔覆T15高速钢等多种强化层的抗回火软化性能、高温硬度及高温摩擦磨损性能的系统研究，提出了解决方案并在生产应用中获得优异效果。研究表明，共晶合金化层获得最高硬度（HV0.2840，相当于HRC65）；堆焊材料的陶瓷合金化层析出大小为1μm，分布密度为103个/mm2含有多种碳化物形成元素的颗粒相；T15激光熔覆层晶粒细小，无需后续热加工和热处理就可以获得断续的莱氏体和弥散分布的碳化物，显示激光熔覆获得优质高速钢涂层的优越性。上述激光合金化层和熔覆层均无需后续机加工即可直接应用于锻模。300-700℃回火实验结果表明，仅对5CrMnMo和堆焊层进行激光熔凝处理，不能提高材料的抗回火软化能力。抗回火软化性能最优为陶瓷合金化层，在700℃保温10h后仍能保持HV0.2600以上的硬度，其次为共晶合金化层和T15熔覆层。高温硬度测定结果表明，在低于600℃的温度下，陶瓷合金化层和共晶合金化层优于T15熔覆层，且保持在HV5550以上；在高于600℃时，T15激光熔覆层则优于两种激光合金化层。高温摩擦学实验表明，T15激光熔覆层和陶瓷合金化具有较高的抗高温磨损能力，而硬度较高的共晶合金化层的抗高温磨损性能反而不如5CrMnMo。在热锻模具表面进行激光陶瓷合金化+激光熔覆T15高速钢粉末的复合处理，获得堆焊层—陶瓷合金化层—T15熔覆层梯度分布的表层结构。激光强化后的热锻模具寿命提高了1倍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 热作模具的现状及修复技术
• 1.1.1 热作模具工业发展概况
• 1.1.2 热作模具的工况及其失效形式
• 1.1.3 常见热作模具的修复及强化方式
• 1.1.4 激光表面强化修复热作模具工作研究进展
• 1.2 模具的高温性能的研究
• 1.2.1 热稳定性
• 1.2.2 高温硬度
• 1.2.3 高温摩擦
• 1.3 课题的研究背景及研究内容
• 1.3.1 研究背景
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 实验材料、方法及设备
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 合金化涂料
• 2.1.3 熔覆材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 激光表面强化实验
• 2.2.2 试样的制备及组织分析
• 2.2.3 性能测试
• 2.3 实验设备
• 第3章 5CrMnMo 及其堆焊材料激光强化层的组织分析
• 3.1 5CrMnMo 及其堆焊材料激光熔凝层的组织分析
• 3.1.1 熔凝层的组织形貌特征
• 3.1.2 熔凝层的硬度分布
• 3.2 5CrMnMo 及其堆焊材料激光共晶合金化层的组织分析
• 3.2.1 共晶合金化层的组织形貌
• 3.2.2 共晶合金化层的硬度分布
• 3.3 5CrMnMo 及其堆焊材料激光陶瓷合金化层的组织分析
• 3.3.1 陶瓷合金化层的组织形貌
• 3.3.2 陶瓷合金化层的硬度分布
• 3.4 T15 激光熔覆层成形性
• 3.4.1 T15 熔覆层组织形貌
• 3.4.2 T15 熔覆层的硬度分布
• 3.5 本章小结
• 第4章 激光强化层的抗回火软化性能
• 4.1 抗回火软化实验的确定
• 4.2 激光熔凝层的抗回火软化性能
• 4.3 不同温度回火 4h 后组织及硬度的变化
• 4.3.1 共晶合金化层组织和硬度的变化
• 4.3.2 陶瓷合金化层组织和硬度的变化
• 4.3.3 T15 高速钢熔覆层组织和性能的变化
• 4.4 550℃回火不同时间后的硬度和组织
• 4.4.1 5CrMnMo、堆焊层和 T15 熔覆层
• 4.4.2 共晶合金化层
• 4.4.3 陶瓷合金化层
• 4.5 700℃回火不同时间后的硬度和组织
• 4.5.1 5 CrMnMo、堆焊层和 T15 熔覆层
• 4.5.2 共晶合金化层
• 4.5.3 陶瓷合金化层
• 4.6 激光强化层的高温硬度
• 4.6.1 高温硬度实验方案确定
• 4.6.2 高温硬度结果分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 5CrMnMo 及其堆焊材料激光强化层的高温摩擦性能
• 5.1 高温摩擦性能实验的确定
• 5.2 高温摩擦性能实验结果
• 5.2.1 摩擦系数
• 5.2.2 磨损量
• 5.2.3 摩损形貌
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验研究成果在锻压模具上的应用
• 6.1 锻压模具生产情况
• 6.2 激光强化工艺的选择
• 6.3 应用效果
• 6.4 应用前景及思考
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果