论文摘要
锻制钢质锻件的热锻模,其正常失效的表现形式主要是热疲劳磨损和塑性变形,失效发生的部位在模膛表面及近表面层。长期的实践证明,现有的均质热锻模具钢均难以满足热锻模模膛表面及近表面层的使用性能要求,所产生的热锻模使用寿命问题,至今仍未取得显著进展。缓解热应力的梯度材料技术和表面工程技术为解决热锻模使用寿命问题提供了新的思路新的方法。笔者所在课题组正就此问题进行相关研究。本文试图应用等离子熔覆技术在热锻模模膛表面制备出金属陶瓷耐热耐磨层,就是解决热锻模模膛表面强化问题的一种探索性实验研究。本文首先总结了国内外对热锻模方面的研究,着重介绍了热锻模的失效的形式,热物性参数对热锻模寿命的影响。然后重点介绍等离子熔覆技术的发展、原理及其工艺方法等。第二部分是设计了一个等离子熔覆试验,试验研究用的基体材料W6Mo5Cr4V2,是根据相关研究确定的热锻模模体梯度材料结构中模膛近表层材料的一种。通过对不同材料成分配比、不同等离子熔覆参数试样的宏观、微观分析,包括金相显微分析、X射线衍射分析、覆层表面形貌分析、以及硬度检测,选出了合理的材料配比以及等离子熔覆参数。同时还对覆层的热应力参数:材料的热胀系数α、材料热传导系数λ和材料比热容c进行了测定。第三部分对测试结果进行分析,得出了相关结论。(1)熔覆层的预置厚度、等离子熔覆电流、熔覆层粉末的不同配比对熔覆层的微观组织、显微硬度和表面宏观形貌有着非常重要的影响。在熔覆层的预置厚度T=3mm、等离子熔覆电流I=80A、熔覆层粉末的不同配比为75%/25%(Ni60/SiC)的工艺条件下能获得各方面性能都比好好的熔覆层,证明等离子熔覆技术是一种在提高热锻模寿命上比较有前途的方法。(2)在其它条件一定的情况下,熔覆层的预置厚度T=2mm时,由于基体材料的过多熔化,所得熔覆层的表面硬度提高很小,起不到表面强化的效果;熔覆层的预置厚度T=3时可以得到表面硬度较高的熔覆层,能够起到表面强化的作用。(3)在其它条件一定的情况下,等离子熔覆电流I=80A时,单位时间内等离子束提供给覆层的能量比较大,熔覆层内的硬质碳化物充分溶解以形成更多的金属碳化物、硅化物,熔覆层的显微硬度增大;等离子熔覆电流I=70A时,由于单位时间内输入的能量不够,造成覆层合金陶瓷粉末未能充分熔化而产生熔覆缺陷。(4)熔覆层成分对覆层的显微硬度和显微组织成分有很大的影响。粉末配比为85%/15%、75%/25%、65%/35%(Ni60/SiC)的覆层硬度逐渐增大,同时,粉末配比为750%/25%(Ni60/SiC)的试样已经能够满足硬度要求。试验结果最终证明,等离子熔覆工艺参数对熔覆层的宏观形貌、微观组织及涂层性能有极大的影响,在等离子熔覆电流为I=80A,粉末预置厚度为T=3mm,粉末配比为75%/25%(Ni60/SiC)的条件下,所得到熔覆层表面光滑致密、硬度高且与基体实现了良好的冶金结合,证明这种方法是一种在提高热锻模寿命方面有前途的方法。