激光熔覆工藝修復(fù)crnimo模具的研究

激光熔覆工藝修復(fù)crnimo模具的研究

5crmo是加工產(chǎn)品中常見的建模。它通常用于旋轉(zhuǎn)壓模型、熱壓模型和其他熱態(tài)。經(jīng)過一定的使用時(shí)間后,模具不可避免地產(chǎn)生失效,導(dǎo)致無法正常工作。由于模具的制造費(fèi)用普遍較高,如果模具一旦失效就丟棄,將給企業(yè)帶來巨大的生產(chǎn)成本壓力,同時(shí)也造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。為此,人們進(jìn)行了一系列的模具修復(fù)相關(guān)研究,采用較低的成本使失效模具得到修復(fù),從而重新投入使用,不僅為企業(yè)降低了成本,而且有效節(jié)約了資源,因此深受模具使用企業(yè)的青睞。激光熔覆是模具修復(fù)的一種常用方法,它的熱源是激光,將不同于基材的金屬或合金熔合在失效模具表面,形成熔覆層,從而實(shí)現(xiàn)模具的修復(fù),完成模具的再制造,使其能再次投入生產(chǎn)使用。由于激光熔覆具有熱影響區(qū)小、與基材結(jié)合程度高、自動(dòng)化程度較高、變形小等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛地應(yīng)用在模具修復(fù)、金屬件表面處理等領(lǐng)域。本文采用激光熔覆技術(shù),對(duì)失效的5CrNiMo模具進(jìn)行修復(fù)研究。1材料和方法1.1模具化學(xué)成分的計(jì)算以失效的5CrNiMo模具為試驗(yàn)對(duì)象,經(jīng)過Q6型直讀光譜儀和TY2000型微量硫磷分析儀分析出其化學(xué)成分,結(jié)果如表1所示。通過同步法激光熔覆工藝,將含稀土釔(Y)的合金粉末熔覆在失效的5CrNiMo模具表面。所選用合金粉末的化學(xué)成分如表2所示。激光熔覆試驗(yàn)的激光器為HANSGS-H10000型橫流激光器、送粉器為JKF-6型自動(dòng)送粉器,主要的工藝參數(shù)是:激光功率3.5kW,光斑直徑3mm,激光掃描速度280mm/min,送粉速度12g/min,熔深1mm。1.2試樣的磨損試驗(yàn)和高溫氧化試驗(yàn)激光熔覆試樣的金相組織采用HitachiS-3700N型掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察和拍照,試樣是沿激光掃描的垂直方向切取橫截面而制備的。試樣的硬度測(cè)試采用RDT700型洛氏硬度計(jì)進(jìn)行,載荷0.5N。為了減少試驗(yàn)誤差,每個(gè)試樣選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行硬度測(cè)試,以其算術(shù)平均值作為試樣的硬度值。試樣的磨損試驗(yàn)在UMT型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,測(cè)試過程中的各項(xiàng)參數(shù)為:磨損載荷200N,磨輪轉(zhuǎn)速250r/min,摩擦總轉(zhuǎn)數(shù)為2500r,相對(duì)滑動(dòng)速度85mm/min,摩擦過程的冷卻液為0.5%重鉻酸鉀水溶液。記錄試樣的磨損體積,以此表征試樣的耐磨性。試驗(yàn)后,采用OlympusGX15型金相顯微鏡對(duì)磨損后的試樣進(jìn)行顯微組織觀察和拍照。試樣的高溫氧化試驗(yàn)在SX2型箱式電阻爐中進(jìn)行。試驗(yàn)前,先將試樣放入110℃烘箱中進(jìn)行加熱,直至試樣的質(zhì)量恒定后迅速進(jìn)行稱重并記錄;同時(shí)將盛放試樣的坩堝放入650℃的SX2型箱式電阻爐中加熱到質(zhì)量恒定后,將電阻爐溫度降至500℃。然后將試樣放坩堝中,進(jìn)行600℃×240h的高溫氧化試驗(yàn),每隔24h稱量一次試樣并記錄。繪制試樣的單位面積質(zhì)量增量-時(shí)間曲線,以此表征試樣的抗高溫氧化性。2結(jié)果與討論2.1微織構(gòu)材料的顯微硬度激光熔覆層由表及里分為合金熔覆區(qū)、合金與基體結(jié)合區(qū)和基體的熱影響區(qū)共3個(gè)區(qū)域。經(jīng)過激光熔覆修復(fù)的5CrNiMo模具試樣,其熔覆層的顯微組織如圖1所示?？梢钥闯?含稀土Y的合金粉與5CrNiMo模具基體形成了良好的冶金結(jié)合。其結(jié)合區(qū)主要是由較粗大的柱狀晶和細(xì)小的共晶所組成,且垂直于界面生長(zhǎng)。試樣的表面硬度測(cè)試結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?與失效的5CrNiMo模具試樣相比,經(jīng)過激光熔覆修復(fù)的5CrNiMo模具試樣,表面硬度值明顯增加,從37.6提高至52.5HRC,提高了40.2%。此外,激光熔覆修復(fù)后的5CrNiMo模具試樣,在距離熔覆層表層0.3mm處硬度為53.1HRC;0.7mm處硬度為53.5HRC;1.5mm處硬度為41.3HRC;結(jié)合區(qū)顯微硬度最大值為54.1HRC,出現(xiàn)在距離表層1mm處。激光熔覆層的表層硬度稍低是因?yàn)樵诩す馊鄹脖韺?高能激光造成了合金元素的部分燒損,從而造成表面硬度稍低。由此可以看出,激光熔覆層保持一定的硬度梯度,有利于修復(fù)后的5CrNiMo模具正常工作。2.3耐磨損性能和耐磨性能試樣的磨損試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示;經(jīng)過磨損試驗(yàn)后試樣的表面形貌如圖4所示。從圖3可以看出,與失效的5CrNiMo模具試樣相比,經(jīng)過激光熔覆修復(fù)的5CrNiMo模具試樣,磨損體積顯著減小,從196×10-3mm3減小至28×10-3mm3,提高了85.7%。從圖4可看出,失效的5CrNiMo模具經(jīng)過磨損試驗(yàn)后,表面有明顯的條狀劃痕和多處脫落;而激光熔覆修復(fù)后的模具試樣表面無明顯的劃痕和脫落。由此可看出,5CrNiMo失效模具經(jīng)過激光熔覆修復(fù)后,耐磨損性能大大提高;激光熔覆工藝實(shí)現(xiàn)了5CrNiMo模具的修復(fù)。這主要是因?yàn)楹⊥玲惖暮辖鸱勰┰诟吣芗す獾淖饔孟?快速熔覆在5CrNiMo模具的表面,形成了較基體組織明顯細(xì)化、分布更加均勻的細(xì)小耐磨晶粒,有效提高模具的耐磨性;同時(shí)這些眾多的細(xì)小晶粒使激光熔覆修復(fù)后的模具在磨損試驗(yàn)過程中與摩擦副接觸晶粒增多,從而有效降低了晶粒內(nèi)部的應(yīng)力集中,避免局部區(qū)域過早的出現(xiàn)破損,從而進(jìn)一步改善模具的耐磨性能。因此,可以看出激光熔覆修復(fù)的5CrNiMo模具具有優(yōu)異的耐磨性能。2.4不同單位面積質(zhì)量增量試樣經(jīng)600℃×240h高溫氧化試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯?與失效的5CrNiMo模具試樣相比,經(jīng)過激光熔覆修復(fù)的5CrNiMo模具試樣,單位面積質(zhì)量增量顯著減少,從226減少至31μg/mm2,提高了86.3%。由此可看出,失效的5CrNiMo模具經(jīng)過激光熔覆修復(fù)后,抗高溫氧化性能明顯提高。3高能激光作用下的合成稀土(1)選用含稀土Y的合金粉末,采用同步法激光熔覆工藝方法,實(shí)現(xiàn)了失效的5CrNiMo模具的成功修復(fù)。激光熔覆的主要工藝參數(shù):激光功率3.5kW,光斑直徑3mm,激光掃描速度280mm/min,送粉速度12g/min。(2)在高能激光作用下,含稀土Y的合金粉與5CrNiMo模具