模具钢表面制备金属陶瓷覆层的组织性能研究

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1、摘要模具是工业生产的基础工艺装备，而模具寿命是衡量一个国家产品制造水平的重要标志，是直接影响产品质量、加工效率和成本的重要因素之一。热作模具钢是模具工业中非常重要的钢种之一，通过模具表面技术提高热作模具的使用寿命具有重大的经济意义。本文采用放电等离子烧结法在H13模具钢表面制备了三元硼化物基金属陶瓷覆层，利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和显微硬度计分析了覆层和界面的组织结构以及覆层断面的显微硬度分布。对比了覆层试样和H13钢无覆层试样的耐磨性和热疲劳性能，分析了覆层的耐磨机理和热疲劳机理。结果表明，

2、用放电等离子烧结法制备三元硼化物基金属陶瓷覆层可大大地降低烧结温度和烧结时间。覆层的致密化程度高，当烧结温度为1050℃，保温时间为5min，烧结压力为30MPa时，覆层的相对密度达到了99．2％。覆层中产生了大量的M02FeB2硬质相，组织致密，晶粒细小均匀，颗粒发育饱满，a—Fe粘结相填充于硬质相颗粒周围。覆层和钢基体的界面区发生了元素的扩散，形成了扩散结合界面。覆层表面具有很高的硬度，洛氏硬度最高为88．5HRA。显微硬度最高为1400HV左右，而基体的硬度约为600HV左右，覆层的硬度显著高于

3、模具钢基体的硬度，并且基体和覆层之间的结合并没有出现硬度的突变，而是存在一个硬度的渐变区。覆层的耐磨性高于H13钢，其磨损机制是粘着磨损和氧化磨损的综合形式。覆层的热疲劳抗力大于H13钢。实验结果表明，覆层出现第一条宏观裂纹承受的循环次数多，300次循环后覆层热疲劳主裂纹宽度比H13钢小的多。试样表面硬度都有所下降，覆层试样的硬度下降幅度较小，H13钢无覆层试样的硬度下降幅度比较大。关键词：放电等离子烧结，三元硼化物，金属陶瓷，H13钢，热疲劳AbstractDieisthebasictoolingi

4、nindustrial-production．Dielifeisnotonlyallimportantsymboltomeasurethelevelofacountry'sproductmanufacturing,butalsotheimportantfactorofaffectingproductquality,machiningefficiencyandcost．Hotdiesteelisakindofveryimportantsteelintheindustryofdie．Therehasbee

5、ngreateconomicsignificancetoraisetheservicelifeofhotdiebysurfacetreatmenttechnology．ThecladdingofTernaryboridebasedcermetsispreparedonH13steelsubstratesurfacebysparkplasmasinteringinthispaper．劢emicrostructuresofcladdingandbondingpadinterface，andmicro-ha

6、rdnessdistributionareobservedrespectivelybySEM，EDS，XRDandmicrohardnessinstrument．111eabradabilityandthermalfatiguepropertyofthecladdingsampleandH13steelsamplewithoutcladdingarecompared，andthewear-resistingmechanismandthermalfatiguemechanismofthecladding

7、areanalyzed．TheexperimentresultsshowthatthetemperatureandtimeofsinteringcallbereducedhighlyinpreparingthecladdingofTernaryboridebasedcermetsbysparkplasmasintering．Thedegreeofdensificationofcladdingishigh,andtherelativedensityofcladdingisupto99．2％whenthe

8、temperatureofsinteringis10504C，thesoakingtimeis5minandthepressureofsinteringis30MPa．TherehasbeenalargemountofM02FeB2hardphasewithcompactstructure，closegrainandfullgrain,anda-Febondingphasefillsinaroundthehardphase．Theelementdiffu