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磨损是模具的主要失效方式,所以模具成型零件一般需要进行表面强化以提高其使用寿命。应用电子束在模具表面熔覆合金层,可以提高模具的硬度、耐磨性能,同时,电子束熔覆也是一种修复受损模具的实用方法。 电子束熔覆具有快速加热、快速冷却的特点,其中伴随着熔覆材料的动态熔化和凝固。电子束熔覆过程存在的复杂传热、传质现象,深刻地影响熔覆层的外表形貌、微观组织及力学性能。本文在收集、分析国内外相关资料的基础上,结合电子束熔覆的实际工况和有限元热分析理论,通过ANSYS建立了电子束熔覆处理温度场的仿真模型;分析了温度场随束流、束斑直径、扫描速度的变化规律;研究了温度梯度的空间分布;研究了熔池熔深、熔宽和稀释率随电子束参数的变化。 以选定的参数为基础,对Cr12MoV模具钢进行电子束熔覆Ni60合金粉末实验,分析了熔覆层外观质量以及熔覆层的金相组织,测量了熔覆层横截面的显微硬度和熔覆层稀释率,测试了熔覆层的相对耐磨性能,试验结果与仿真结果大致吻合,说明电子束熔覆温度场仿真模型的合理、有效。实验结果显示熔覆层中、底部组织比顶部的更加致密;熔覆层不管是否添加35%的WC,显微硬度均有明显的提高,最高硬度值位于距离表面0.25~0.5mm处;熔覆层耐磨性能是基体的4.1~4.8倍,添加35%的WC的熔覆层耐磨性提高幅度最大;采用减小预置层厚度和预热的方法可以减少裂纹、气孔的数量,从而提高熔覆层表面质量。