热锻模的服役环境急冷急热与压扭载荷的双重特点,导致模具容易产生磨损、塑性变形、疲劳等多种形式的失效,其中磨损和热疲劳占据70%以上的失效形式。常见的性能测试装置,例如热疲劳试验机、销盘式摩擦磨损试验机等,它们往往只具备单一测试功能,不符合热锻模实际工况下的复杂场景。运用合适的性能测试装置模拟热锻模在服役环境中的实际工况,研究不同材料表面的性能与组织变化是很有必要的。本文以扭转压缩试验为基础,结合摩擦磨损与热疲劳的特性,试制备热锻模具扭转压缩实验装置,在此装置中可以实现高温、扭转、高载荷的循环作用。同时制备等离子堆焊覆层,对Ni60覆层和WC增强镍基覆层进行性能检测和物相组织分析,并将试样加工成可以放置在装置中运行的模具试样,进行扭转压缩实验以及循环扭转压缩实验。主要研究成果有:(1)热锻模具扭转压缩实验装置由控制系统、加热系统、扭转压缩系统和冷却系统组成。根据热锻模实际服役环境及扭转压缩实验的要求,对扭转压缩实验装置的整体结构进行设计、对各系统的功能进行说明。该实验设备的具体参数包括:压力0~18KN,连接杆转速0~161r/min,加热炉温度0~900℃,对磨试样的对磨面积为98.17mm~2,对磨时间最短为1min。(2)制备等离子堆焊镍基覆层及WC增强镍基覆层,采用金相显微镜、电子探针分析仪、X射线电子能谱仪以及显微硬度仪等测试方法对覆层的组织形貌、物相、显微硬度性能进行了分析。镍基覆层的加入使得覆层中生成铁镍固溶体和碳化铬,使得硬度和强度提高,WC相的加入使熔合线附近出现沉底现象,富钨相增强了其耐磨性。在硬度测试上,WC增强覆层高出Ni60覆层约300HV。两者的基体靠近熔合线的部分皆会由于淬硬作用使得硬度提高,覆层靠近熔合线区域则由于温度过高,晶粒过大,硬度有一定下降。(3)将H13钢试样,镍基覆层试样,WC增强镍基试样加工成模具试样的尺寸,在该试验机中进行实验。在工艺试验的探索中,确定了对磨压力45MPa和对磨时间60s。在扭转压缩实验中,分别在550℃、650℃、750℃的高温环境中进行对磨。在循环扭转压缩试验中,在500℃和45Mpa的服役环境下进行50次循环。结果如下:随着温度升高,三种试样表面的磨损和缺陷愈发明显,其中H13试样的黏着磨损和磨粒磨损较为明显,Ni60试样与WC增强镍基试样在550℃、650℃时黏着磨损为主要形式,在750℃时磨粒磨损范围增多。在50次的循环扭转压缩中,H13表面的氧化面积增大,磨损和剥落明显,Ni60试样表面在小范围内发生塌陷,WC增强镍基试样的表面材料发生了小部分的转移。