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1、第31卷第5期焊接学报Vol.31No.52010年5月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMay2010SCH13钢表面激光熔覆CoNiCrAlY合金11112张松,王明生,张开祥,张春华,颜永根(1.沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110023;2.宝山钢铁股份有限公司研究院,上海201900)摘要:采用2kWCO2激光器在SCH13钢表面激光熔覆CoNiCrAlY合金,选择最佳的工艺参数进行激光熔覆处理,可获得性能优良的熔覆层组织.利用扫描电子显微镜及能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、磨损试验机对激光熔覆层的微观组织形貌、结
2、构及成分、显微硬度和磨损性能进行了系统分析研究.结果表明,CoNiCrAlY合金激光熔覆层与SCH13钢基体存在良好的冶金结合,熔覆层组织细密,无裂纹,稀释率较低,界面处成分均匀平滑过渡;熔覆层主要由γ2Co,FeCr0.29Ni0.16C0.06,FeNi,CoCx及Cr23C6组成;熔覆层平均显微硬度较基体提高3倍以上,其相对耐磨性较基体提高了3.42倍.关键词:SCH13钢;激光熔覆;CoNiCrAlY合金;组织;性能中图分类号:TG174文献标识码:A文章编号:0253-360X(2010)05-0049-04张松0序言数,%)为:Ni12,Cr26,C0.35,余量为
3、Fe,样品尺寸为60mm×10mm×5mm,激光熔覆用合金粉末SCH13钢高温强度高,抗氧化性能好,常用于为自行研制工业纯度的CoNiCrAlY合金粉末,平均高温炉底辊的生产.目前冶金行业的高温炉辊表面粒度为43～104μm.大多采用爆炸喷涂高温抗氧化耐磨涂层的方法提高SCH13钢基材样品表面经600号SiC金相砂纸其表面性能,但由于涂层与基体结合薄弱,实际生产打磨、喷砂及清洗干燥后,用粘结剂将CoNiCrAlY合过程中炉辊表面涂层常有异常剥落现象发生,从而金粉末调制成糊状,均匀地涂于待处理样品表面,预给企业带来严重损失[1].激光表面改性是改善材料置合金粉末层厚度为0.5～0
4、.7mm,自然晾干后,经表面性能的有效方法[2,3],钴基合金具有良好的耐120℃,2h烘干.采用2kWCO2激光加工成套设高温性能和较好的耐磨性能,因而经常作为激光熔备进行激光熔覆处理,优化工艺参数为:输出功率覆材料,但单一钴基合金熔覆层在高应力磨损时的1200W,光斑直径<2.5mm,扫描速度10mm/s.耐磨性及抗热震性等有待于进一步提高.目前,含大面积扫描搭接率为50%.依据生产实际情况,熔有稀土元素的钴基合金复合熔覆层的研究已成为新覆过程中无气体保护.的研究热点,研究表明,在钴基合金中添加Y,Y2O3取垂直于激光束扫描方向的横截面镶嵌后磨制等稀土元素及稀土氧化物可以明
5、显提高复合熔覆层成金相样品,用30mLHCl+10mLHNO3腐蚀剂的高温和耐磨性能[4-6].作者旨在选用自行研制的腐刻样品表面,采用BX60F5系统显微镜和IAS图CoNiCrAlY合金粉末,在冶金行业高温炉辊常用材象分析系统及S—3400N型扫描电镜及其能谱仪分料SCH13钢表面进行激光熔覆处理,对其组织结构析激光熔覆层显微组织形貌和微区成分.用Philips及其性能进行系统研究,为冶金行业高温炉辊的激PW3710X射线衍射仪测定熔覆层的相结构,其衍光再制造提供理论依据.射条件为CuKα衍射,衍射束镍滤光器单色化,电压为40kV,电流为35mA,扫描速度为1.5°/min
6、,扫1试验方法描范围为20°～100°.采用HVS—1000数显显微硬度计测量熔覆层截面的显微硬度分布,载荷为19.6基体材料为SCH13钢,其化学成分(质量分N,加载时间为15s.采用T—11球盘式磨损试验机进行磨损试验研究,图1为磨损试验机工作原理图.收稿日期:2009-09-09磨损试验条件:载荷为30N,运动距离为540m,机基金项目:辽宁省教育厅研究发展计划资助项目(20060636);沈阳市科技局攻关项目(108149-2-00,1091242-6-00)油润滑,23℃室温条件,测试试样为SCH13钢基材50焊接学报第31卷及激光熔覆样品,磨损样品尺寸为<25.6m
7、m×6mm,样品表面粗糙度为Ra=0.065μm.上试样为<6.35mm的Si3N4陶瓷球,粗糙度为Ra=0.012μm.磨损后用10倍低倍显微镜观察Si3N4陶瓷球的表面形貌,未发现磨斑,可以将磨痕宽度转化为磨损体积(ΔV),即21212ΔV=2πr·Rarcsin(d/2R)-dR-d24图2激光熔覆层宏观形貌式中:R为Si3N4陶瓷球的半径;d为磨痕宽度;r为Fig12OMmicrographoflasercladdinglayer磨损半径.熔覆层相对耐磨性表示为SCH13钢基材磨损体
