多元合金增強Fe65粉末等離子熔覆層制備與性能研究.pdf

1、 分類號 密 級 公開 U D C 學校代碼 10497 學 位 論 文 題 目 多元合金增強 Fe65 粉末等離子熔覆層制備與性能研究 英 文 Study on Preparation and Properties of Fe65 Powder Plasma Cladding 題 目 Layer Mod

2、ified by Multicomponent Alloy 研究生姓名 王帥 姓名 李愛農(nóng) 職稱 副教授 學位 博士 單位名稱 武漢理工大學材料學院 郵編 430070 申請學位級別 工學碩士 學科專業(yè)名稱 材料科學與工程 論文提交日期 2017 年 03 月 論文答辯日期 2017 年 05

3、月 學位授予單位 武漢理工大學 學位授予日期 答辯委員會主席 評閱人 2017 年 05 月 指導教師 I 摘要 摘要 在現(xiàn)代汽車制造、機械、動力及工程裝備制造等領域，熱鍛加工是重要的成型加工手段，熱作模具長期在高溫環(huán)境中工作，承受著較大變動載荷的作用。如果選用的鍛模材料的力學性能不佳， 將使熱鍛模的使用壽命受到很大影響， 進而影響到鍛件質(zhì)

4、量，并增加生產(chǎn)成本，因此鍛模材料的選擇變得尤為重要。 本文采用微束等離子熔覆加工方法，在 H13 鋼基體上制備了以自熔性粉末Fe65 為基礎成分的多元合金增強的正交實驗熔覆層，采用 EPMA、XRD、OM 等微觀組織觀察和測試設備研究各覆層的微觀形貌、元素成分分布、物相組成。采用顯微硬度計、球-盤磨損實驗機、Gleeble 熱模擬實驗機、箱式電阻爐等對覆層的性能進行了測試表征和分析。 采用 Al、W、V 元素為影響因素，各元素選取三個含

5、量值作為水平參量，覆層樣品主要通過微觀組織和回火硬度的對比分析，找出最佳配方組。結(jié)果表明，正交實驗組熔覆層的顯微組織中，基體相為含 Al、Cr、W 等元素的細小奧氏體，晶界處分布有短針狀 FeAl 和 Fe3Al 金屬間化合物，Cr7C3、WC、VC 等碳化物呈枝晶分布。與空冷相比，正交組熔覆層經(jīng) 700℃高溫回火后，其硬度顯著提高。以正交組 8H 熔覆層硬度（566HV0.1）顯著增加（并作為最佳成分配方覆層） ；而參照組 10J 熔

6、覆層硬度（379HV0.1）明顯下降，H13 鋼硬度變化較小。 在正交組覆層研究基礎上，將最佳成分配方 8H 覆層、Fe65 覆層和 H13 鋼進行 Gleeble 熱模擬對比實驗， 研究表明： 各試樣在前 4 次壓縮循環(huán)中均有不同程度硬化，選取各試樣第 4 次壓縮循環(huán)時的性能作為試樣材料失效前的有效數(shù)據(jù)。比較和計算 8H、Fe65、H13 三個試樣材料的彈性模量發(fā)現(xiàn)，8H 的覆層彈性模量達 85.9GPa，分別是 Fe65 覆層、H1

7、3 鋼的百分之 111.7%、135.7%，表明 8H 覆層的熱強性更優(yōu)，有利于減少膜膛表面的塑性變形程度。摩擦磨損實驗發(fā)現(xiàn)，8H覆層的摩擦因數(shù)最小， 體積磨損最少， 抗摩擦磨損性能優(yōu)于 Fe65 覆層和 H13 鋼，這應與 8H 覆層中添加了適量 Al、 W、 V 等元素， 起到晶粒細化和改善熱強性有關。在高溫氧化實驗中，8H 覆層表現(xiàn)出較佳的抗高溫氧化能力，覆層表面大多數(shù)區(qū)域呈金屬光澤，氧化主要存在于點狀顆粒的微區(qū)。這與覆層中存在更