高性能激光成型专用铁基合金的研制

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1、山东大学硕士学何论文摘要激光熔覆及快速成型是利用激光能量分别在工件表面形成高性能改进层和直接成型零件的独特力n-r_方法，是灵活、安全、高效的生产方式。激光熔覆及快速成型采用的材料主要沿用传统的喷涂系列合金，已不能满足生产实际的需要，因此研制新型激光熔覆及快速成型专用铁基合金粉末势在必行。本文通过试验得到一系列高性能激光熔覆及快速成型专用铁基粉末，不仅解决了熔覆层及成型件的裂纹、气孔等问题，还大幅度提高了其各项性能，包括抗拉强度、耐磨性、硬度等，满足了实际生产应用的需要。通过对FeCrCoWCBY203合金粉末在低碳钢

2、表面进行激光熔覆，获得了高C、B含量的无裂纹熔覆层。熔覆层组织由马氏体、残余奥氏体枝晶和枝晶间碳化物组成；硬度比熔覆基体提高3倍多，且硬度最高值不在表层，而在距离表面0．3miil处；耐磨性相对基体提高接近2倍。不同Co含量的激光熔覆铁基合金熔覆层中，组织均由Fe0．64Nio．36枝晶基体和(Fe，Cr)7(C，B)3枝晶间增强相组成：含C03wt．％的涂层的枝晶间区域面积分数、界面附近的微观硬度及界面结合强度比其他两种涂层分别提高了约5％、55HV和30MPa；界面断裂形貌显示出明显的撕裂状，为韧性断裂。激光铁基合

3、金成型薄板的组织由多层具有相同特点的结构组成，每层组织由相互平行且与基板垂直的枝晶及枝晶间化合物组成。Co可以起到固溶强化的作用，随Co含量的增加，熔层的硬度、剪切强度及拉伸强度均增大，Co含量为4wt．％时拉伸强度最大，达至1]772．3MPa。热处理后，枝晶中的固溶强化作用减弱，各试样的硬度及强度均下降。在1050℃淬火+600℃回火热处理后成型件组织得到细化，有新相析出。各试样的硬度及强度较300℃回火后均有所提高。Y20，加入后使得铁基成型件的显微组织更加细小，针片状的碳化物变为圆滑的短棒状。当Y203含量为0

4、．7wt．％时，熔层的硬度达到最大值951HV，熔层的耐磨性最好。激光熔覆铁基合金的成型性在Fe含量小于95wt．％时较好，Fe含量高于95wt．％后越来越差。熔覆层的磨损机制以磨粒磨损为主，其耐磨性也是随着Fe含量的增加而越来越差。关键词：激光熔覆；快速成型；裂纹；抗拉强度；耐磨性；硬度摘要ABSTRACTLasercladdingandrapidprototypingisflexible，secureandefficientmanufacturingtechnologythathasbeendevelopedont

5、hebasisofhighlaserpower．MostoflasercladdingandlaserrapidformingmaterialsareaSthesameofconventionalappliedtechniques．Inordertoexplorethepotentialapplicationvalueoflasersurfacestrengthening，newkindofcladdingmaterialneedstobedeveloped．Inthispaper,wedevelopedaseries

6、ofhighperformanceFe-basedalloysusedforlaserrapidprototyping，whichnotonlyeliminatedthecrackandpore，butalsoimprovedtheproperties，suchastensilestrength，weal"resistanceandhardness．LasercladdinglayerwithoutcracksthatcontainshighcarbonandboronwasobtainedbylaSercladdin

7、gofFeCrCoWCBY203powders．Themicrostructureoflasercladdingconsistsofmartensiteandresidualaustenitedendriticandinterdendriticcarbides．ThemicrohardnessoflasercladdingincreasesOVer3timeshigherthanthatofsubstrate．Themaximumofmicrohardnessisnotatthesurface，butislocated

8、in0．3rnnlfromthesurface．Thewearresistanceofcladdingisapproximately2timeshigherthanthatofsubstrate．ThecoatingsconsistingofFe0．64Nio．36dendritesasmatrixand(Fe，Cr)7(C，B)