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激光熔覆纳米贝氏体涂层的组织与性能研究

作　者: 袁琳
导　师: 李铸国
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: CO2激光熔覆熔覆粉料等温转变纳米贝氏体残余奥氏体体积含量力学性能
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文采用CO₂激光熔覆逆向同步送粉法,熔覆粉料化学成分按照（wt.%）Fe-0.78C-1.49Si-1.95Mn-0.97Cr-0.24Mo-1.6Co-0.99Al制备而成,欲获取具有良好硬度和强韧性能的纳米贝氏体涂层。系统分析了改变激光扫描速度Vs、预热温度及送粉速度Vp等参数对熔覆层表面成形及稀释率的影响,确定最优参数为:Vp=30g/min,激光功率P=7KW,防氧化保护罩内氩气流量Vflow=20L/min,Vs取值范围:0.5-1.0m/min。同时利用自配和熔炼两种制粉工艺制备化学成分相同的熔覆粉料,系统研究不同制粉工艺对激光熔覆涂层质量的影响。实验结果表明,熔炼粉料得到的熔覆层质量最佳。熔覆层表面成形良好,无明显气孔及裂纹;熔覆层微观组织均匀性良好,无明显偏析和夹杂。系统研究了无焊后热处理,200℃和300℃实时焊后热处理三组不同热处理工艺对纳米贝氏体组织转变的影响（以下简称室温,200℃和300℃）。结果表明:室温时,经水冷淬火熔覆层组织为非常细密的板条马氏体+残余奥氏体。200℃时,等温保温24h成功获得纳米贝氏体组织。贝氏体铁素体板条厚度为50～80 nm,贝氏体铁素体之间为厚度约10～30 nm的残余奥氏体薄膜;残余奥氏体以及贝氏体板条晶粒内部及其周围均存在高密度的位错和大量位错缠结。300℃时,等温保温4h和24h均同样得到纳米贝氏体组织,但残余奥氏体体积含量略有增多。此外,提高激光扫描速度,因晶粒细化,导致贝氏体转变速度加快,残余奥氏体体积含量增多,即提高激光扫描速度与提高保温温度对贝氏体转变具有一致的影响。系统研究了制备的纳米贝氏体涂层随热处理工艺变化在硬度、拉伸等力学性能的变化规律。熔覆层硬度随激光扫描速度的提高而增加,随残余奥氏体体积含量的增加小幅降低。200℃时,激光扫描速度为0.5m/min,保温24h和48h水冷淬火,熔覆层显微硬度平均值分别为422.4HV1.0和334.3HV1.0,硬度值较低,可能是由于贝氏体转变不完全及残余奥氏体体积含量较高所致;熔覆层的拉伸强度为1280MPa,延伸率为6.41%,表明熔覆层的强度较高,塑性较好。300℃时,激光扫描速度为0.5m/min和1.0m/min两种条件下,各保温4h和24h,得到4组不同热处理参数对应的熔覆层平均显微硬度达到438.7HV1.0,硬度值符合该温度下纳米贝氏体组织的硬度特征。但拉伸结果显示,熔覆层均为脆性断裂,强度均不超过1000MPa,延伸率均不到1%,强度和塑性都较差,这与大量残余奥氏体岛的存在有关。

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