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Q235钢表面激光熔注WC涂层的组织结构与耐磨性能

作　者: 张相军
导　师: 李俐群
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 激光熔注 WC颗粒组织结构耐磨性能
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 4次
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内容摘要

采用激光熔注技术对材料进行表面强化具有显著的优点。本文将WC陶瓷作为注入颗粒,在Q235钢表面制备熔注改性层,并对激光熔注工艺进行系统研究,利用XRD、SEM、及EDS等测试手段对熔注层组织结构及成分进行分析,并对熔注层及基底的耐磨性能进行比较研究。工艺试验结果表明,Q235钢表面激光熔注WC颗粒涂层成形良好,基本无宏观缺陷,熔注层与基底材料形成冶金结合。XRD分析表明,激光熔注层组织结构比较复杂,由WC、W2C、以及Fe3W3C、Fe4W2C等M6C型碳化物组成。SEM分析表明,熔注层不同区域组织形貌差异比较大:熔注层上部的基体中析出块状、树枝状、十字花状初晶;而熔注层下部及底部的基体中分布着细鱼骨状共晶。熔注层各区域的WC颗粒周围均存在反应层。分析表明,颗粒周围的反应层与上部基体中的析出物,均为Fe3W3C。分析认为,WC颗粒经光束辐照表层熔化,进入熔池后,脱离固态WC颗粒表面的液态WC留在熔池上部并分解,在W原子富集区形核,凝固后在基体中析出块状、树枝状Fe3W3C初晶;仍然粘附在固态WC颗粒表面的液态WC分解,W和C原子依附WC颗粒表面形核并长大形成Fe3W3C反应层。硬度试验表明,激光熔注层硬度在1100~1400HV之间波动,平均硬度1354HV,将近Q235钢的6倍。摩擦磨损试验表明,100g载荷下,熔注试样开始400s内摩擦系数稳定在0.2,1000s时缓慢上升到0.6,摩擦系数波动较小,显示出良好的耐磨性能。结合磨痕观察,认为熔注层的磨损机制以磨粒磨损为主。熔注层良好的耐磨性能主要是通过WC硬质颗粒强化,同时熔注层特殊的颗粒镶嵌结构也很重要。WC颗粒作为硬质骨架,凸出于基体表面,减少基体磨损;M6C枝晶强化钉扎基体,使基体更有效的支撑WC颗粒。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 课题研究意义  9-10
  1.2 国内外相关领域发展概况  10-19
    1.2.1 表面涂层常用制备方法  10-14
    1.2.2 激光熔注技术  14-19
  1.3 课题主要研究内容  19-20
第2章试验材料与研究方法  20-23
  2.1 试验材料  20-21
  2.2 激光熔注工艺  21-22
  2.3 熔注层组织结构分析  22
    2.3.1 熔注层物相分析  22
    2.3.2 金相试样的制备与观察  22
  2.4 熔注层性能测试  22-23
    2.4.1 熔注层硬度测试  22
    2.4.2 熔注层摩擦磨损性能测试  22-23
第3章激光熔注工艺优化  23-31
  3.1 激光熔注工艺探索与优化  23-29
  3.2 Q235 钢表面激光熔注WC 涂层的制备  29-30
  3.3 激光熔注工艺参数分析  30
  3.4 本章小结  30-31
第4章熔注层的组织结构  31-44
  4.1 涂层的组成相  31-32
  4.2 涂层的微观组织  32-39
    4.2.1 涂层上部的组织分析  32-33
    4.2.2 熔注层中部的组织分析  33-35
    4.2.3 熔注层下部的组织分析  35-37
    4.2.4 熔注层底部与基底结合部位分析  37-39
  4.3 WC/Fe 反应产物分析  39-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章熔注层耐磨性能与强化因素  44-56
  5.1 熔注层的耐磨性能  44-48
    5.1.1 熔注层的硬度  44-45
    5.1.2 熔注层的摩擦系数  45-48
  5.2 磨损机制分析  48-52
    5.2.1 磨损机制概述  48-49
    5.2.2 Q235 钢的磨损机制  49-50
    5.2.3 熔注层的磨损机制  50-52
  5.3 熔注层的强化因素  52-55
  5.4 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-62
致谢  62

Q235钢表面激光熔注WC涂层的组织结构与耐磨性能

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