激光重熔参数对70Mn钢组织结构和力学性能的影响

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:blueskyjandy
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70Mn钢是一种优质的碳素结构钢,具有较好的综合力学性能,多用于制造耐磨、载荷较大的机械零件,如弹簧圈、止推环、离合器盘、锁紧圈、轴承和轴承保持架等。在工作过程中,这类零件会受到冲击、振动等动载荷作用发生磨损、疲劳,会导致这类零件的故障增加,从而带来安全隐患和经济上的损失。本论文为实现70Mn钢表面的微小直径激光重熔强化,70Mn钢表面在不同扫描速率和不同激光功率下制备“条纹型”重熔单元,探究不同激光参数对70Mn钢的微观结构和力学性能的影响。首先运用ANSYS软件以400 W激光功率、10 mm/s扫描速度参数为例模拟激光重熔加工过程,获取加工过程中的温度场与应力场,根据温度场的分布和应力场的分布改进激光加工的方式。观察激光重熔前后试件的微观结构,发现其金相在重熔区由球状珠光体转变为以针状马氏体为主较为坚硬的组织,重熔区和热影响区硬度从基体试样硬度约为212.95 HV升至约为639.91 HV,在激光表面重熔处理后试件的平均硬度增加200%。通过EPPD的引入,探究不同参数的EPPD与重熔区深度、宽度和深度/宽度的比值关系,发现降低扫描速率与增加激光功率都会增加EPPD的数值,热传导转化为热穿透导致相对较低的深度/宽度比。通过对激光重熔处理前后的试件进行拉伸试验和摩擦磨损试验发现:激光重熔处理降低试件的抗拉强度和拉伸率,增强了试件屈服强度。通过断口微观形貌的观察分析,拉伸削弱的原因是马氏体降低了其塑性与弹性变形极限进而影响其屈服强度;激光重熔处理前后的试件磨损方式均为磨粒磨损,摩擦系数大部分均有上升,其中400 W激光功率、10 mm/s扫描速度的平均摩擦系数最低为0.66,沿着激光重熔方向的摩擦磨损系数会小于垂直于激光重熔方向的摩擦磨损系数,其原因是重熔区的硬度使材料的耐磨性得到了加强,而且激光重熔形成的凹坑会在摩擦磨损中起到收集磨屑的作用,进而保护基体与对偶件之间的摩擦磨损。
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