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热锻模表面宽带激光熔覆超细碳化钨试验研究

浏览次数: 日期:2018-01-26

源自:网络整理      作者:采集侠

  3试验结果及分析

  3. 1宏观形貌及残余应力

  如图2所示为采用光斑尺寸为9*2mm,激光熔覆工艺制备的超细WC熔覆层表面和截面的试样扫描照片。从图2A处为金相砂纸打磨以及B处为激光处理后的原始表面形貌,可以看出熔覆层表面平整光滑,且没有裂纹气孔出现,熔覆层截面可以分为四个区:熔覆层、过渡区(熔覆层与热影响区的交界)、热影响区和基体;熔覆层的厚度约为0. 4mm.

热锻模表面宽带激光熔覆超细碳化钨试验研究

 

  图2激光熔覆层WC的宏观形貌

  为了获得较大面积熔覆层,试验过程我们采用了搭接的办法,从图2中也可看出搭接地方熔覆层过渡自然,这对于需要大面积强化的模具表面具有重要意义。

  用X-350A型X射线应力测定仪来测定其表面残余应力。应力测量方法为侧倾固定动法,定峰方法为交相关法,Cr靶Kα特征辐射,时间常数1. 5s,阶梯扫描步进角0. 1º,扫描起始角及终止角分别为162º和146º,侧倾角Ψ分别取0º、20º、35º和45º,应力常数K=-318MPa/度。

  如图3所示,基体残余压应力值X向为118MPa,Y向为127MPa,超细WC熔覆层残余压应力X向为468MPa, Y向为566MPa,说明H13表面经激光熔覆超细WC处理后表面残余压应力得到了显著的提高。表面存在较大残余压应力有利于提高热作模具的抗疲劳寿命。这是由于在激光熔池作用下,外界WC以及其他元素的介人,以固溶体或化合物的形式进人到熔覆层,物相发生变化,迅速冷却的熔池没法使加人的WC完全与基体元素熔合均匀,使得晶体内部位错大量增加,因而表面表现残余压应力,另外从“圆弧形”熔覆层也可以看出,激光扫描过程中,激光扫描方向(Y向)的截面熔覆层尺寸(Z向)为熔覆层最大厚度,而X向熔覆厚度以弧形递减,所以Y向较X向的残余应力要大得多。

热锻模表面宽带激光熔覆超细碳化钨试验研究

  图3激光处理前后残余应力比较

  3. 2微观形貌及分析

  从图4(a)可以看出整个熔覆层组织的形貌,从表至里依次为等轴晶、柱状树枝晶、细小的胞状晶和平面晶混合的结合带;图4(b)为熔覆层的SEM照片,从图中可以看出整个熔覆层主要是由网状晶界以及由其包围的晶粒组成,晶粒大小6μm左右,相对图4(c)基体中的如箭头所示的奥氏体晶界(40μm左右)而言晶粒已经得到极大的细化;图4(d)为熔覆层的XRD的物相结果,从图4(d)熔覆层的XRD的物相分析的结果得知,熔覆层的物相较为复杂,主要有Fe-Cr, W3 C, Fe., W3 C, Fe3 C3 , W , Cr和C0.14Fe1.86。从物相结果可以知道,在本次实验条件下,WC在溶池中分解得比较充分,高温下,C原子活性比较大,扩散能力较强,扩散过程中遇到来自基体的Fe元素,与之结合成稳定的Fe7C3,而随着C原子的减少,熔池存在的时间又短,又没有来自基体中的碳原子补充,因此多出来的W原子只能以多个W原子与一个碳原子结合的形式生成另一种缺碳相W3 C,,甚至与来自基体的Fe原子共用C原子形成复式高稳定硬质相Fe3W3C,直到熔池中的C原子消耗结束,还有C:和少量W没有形成化合物而以单质的形式存在于熔覆层中;另外一种C0.34Fe1.86。相的出现更加说明了C原子在熔池中的缺乏。物相结果同样表明,Fe3 W3C和Fe-Cr是组成熔覆层框架的相,硬质相Fe3 W3 C颗粒在液相表面张力的推动下发生位移,颗粒表面的原子逐渐溶解于液相,并随温度的升高而增加,由于移动,颗粒之间开始靠拢、接触形成坚固的固相骨架,研究结果表明激光熔覆WC形成的网状结构为Fe-W-C相,和生成的Fe7 C3 , W3C, Fe-Cr相和Fe液一起填充于骨架之间的间隙和空洞中,形成如图4(b)所示的组织结构。

热锻模表面宽带激光熔覆超细碳化钨试验研究

 

  图4激光WC熔覆层截面组织形貌及分析

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