模具材料激光表面强化技术研究

论文摘要

激光表面相变硬化淬火是一种新兴的表面改性技术,该技术有利于淬火层晶粒细化、金属表层强化及金属表面耐磨性提高。论文采用DL-HL-10000B二氧化碳激光器对3Cr2W8V热作模具钢和Cr12MoV冷作模具钢进行激光表面淬火处理。研究了淬火工艺如激光功率、扫描速度、光斑尺寸以及搭接率等参数对淬火层显微组织结构、硬化层深度和硬度的影响,得到如下结论：1.对3Cr2W8V模具钢,激光相变硬化淬火优化工艺参数是：3500W激光功率,30mm×1mm激光光斑,0.8mm-0.85m/min激光扫描速度,1mm－2mm激光光斑搭接尺寸；经激光相变硬化淬火处理后表面处理层组织为均匀的超细晶高位错密度淬火马氏体和含过饱和碳的残余奥氏体。2.对Cr12MoV模具钢,激光相变硬化淬火优化工艺参数是：3500W激光功率,30mm×1mm激光光斑,激光扫描速度0.8mm－0.85m/min,lmm－2mm激光光斑搭接尺寸；经激光相变硬化淬火处理后表面处理层组织为均匀的超细晶高位错密度淬火马氏体和含过饱和碳的残余奥氏体。3.3Cr2W8V模具钢表面激光相变硬化淬火后,表面处理层硬度较基体提高超过1.5倍。摩擦磨损实验表明,表面处理层发生轻微的磨粒磨损；未处理表面磨损严重,磨损表面发生粘着磨损,观察到了粘着脱落坑。激光相变硬化淬火处理表面磨损失重较未处理表面减少50.12%。4.Cr12MoV模具钢表面激光相变硬化淬火后,处理层硬度较基体提高1.5倍,耐磨性能较基体提高1倍；摩擦磨损实验表明,表面处理层轻微磨损,磨损表面仅为犁沟；未处理表面磨损严重,未激光处理的磨损样犁沟较深,发生磨损疲劳并出现了疲劳台阶。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 模具材料表面处理技术
• 1.2.1 表面化学热处理技术
• 1.2.2 电火花表面强化
• 1.2.3 TD处理技术
• 1.2.4 激光表面处理技术
• 1.3 激光表面相变硬化机理
• 1.3.1 激光表面相变硬化
• 1.3.2 激光与材料相互作用的效应
• 1.3.3 金属材料在激光辐照下发生的变化
• 1.3.4 热传导方程的推导过程
• 1.3.5 半无限大介质内热传导方程以及简化计算方式
• 1.4 摩擦磨损基本原理
• 1.4.1 磨损的分类
• 1.4.2 表征材料磨损性能的参量
• 1.4.3 影响磨损的因素
• 1.4.4 磨损试验设备与试验方法
• 1.5 论文研究的目的与意义
• 第二章 激光表面相变淬火层的制备与组织性能研究
• 2.1 激光表面淬火层试样的制备及检验方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 激光相变淬火方案
• 2.1.3 表面淬火层检测方法
• 2.2 试验结果与分析
• 2.2.1 激光相变淬火吸光材料的选择与优化
• 2.2.1.1 三种不同吸光涂料对硬化层表面硬度及深度的影响
• 2.2.1.2 三种不同吸光涂料硬化层显微硬度及耐磨性能
• 2.2.1.3 吸光涂料厚度对硬化层厚度的影响
• 2.2.2 3CZr2W8V模具钢激光相变淬火研究
• 2.2.2.1 采用10mm×1mm光斑的积分镜
• 2.2.2.2 采用30mm×1mm光斑的积分镜
• 2.2.3 Cr12MoV模具钢激光相变淬火研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 模具钢激光表面淬火硬化磨损机理与特性
• 3.1 3Cr2W8V模具钢激光淬火处理后硬化层耐磨性研究
• 3.2 Cr12MoV模具钢激光淬火处理后硬化层耐磨性研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢