热锻模模膛高频熔覆MoSi2-Ni基耐热层的应用基础研究

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锻制钢质锻件的热锻模,其正常失效的表现形式主要是热疲劳磨损和塑性变形,失效发生的部位在模膛表面及近表面层。长期的实践证明,现有的均质热锻模具钢均难以满足热锻模模膛表面及近表面层的使用性能要求,所产生的热锻模使用寿命问题,至今仍未取得显著进展。缓解热应力的梯度材料技术和表面工程技术为解决热锻模使用寿命问题提供了新的思路新的方法。本文试图应用高频熔覆技术在热锻模模膛表面制备出金属陶瓷耐热耐磨层,就是解决热锻模模膛表面强化问题的一种探索性实验研究。本文首先概述了国内外对热锻模方面的发展状况,着重介绍了热锻模的几种典型失效形式,以及热物性参数对热锻模寿命的影响。然后介绍了高频熔覆技术的发展、原理及其工艺方法等。第二部分是设计了一个高频熔覆试验,试验研究用的基体材料W6Mo5Cr4V2,是根据相关研究确定的热锻模模体梯度材料结构中模膛近表层材料的一种。在相同的高频熔覆参数条件下,以不同的陶瓷粉末和自熔合金粉末配比及不同的预置粉块厚度,通过高频感应加热进行熔覆,制得了相应的覆层试样。然后对各试样进行了微观分析,包括金相显微分析、X射线衍射分析、以及显微硬度检测,选出了合理的粉末材料配比以及预置熔覆粉块的厚度。同时还对覆层的3个热物性参数(材料的热膨胀系数α、材料的热导率k和材料的比热容c)进行了测定,并对所测结果进行了分析讨论,选出了参数最为优异的熔覆层试样。第三部分为对试验结果进行综合分析后,得出了相关结论。熔覆层粉块的预置厚度、熔覆层粉末的不同配比对熔覆层的微观组织、显微硬度和热物性参数有着非常重要的影响。在其它条件一定的情况下,熔覆层的预置厚度T=1.5mm时,由于基体材料的过多熔化,所得熔覆层的表面硬度提高很小,起不到表面强化的效果:熔覆层的预置厚度T=3mm时可以得到表面硬度较高的熔覆层,能够起到表面强化的作用。熔覆层合金粉末的配比对覆层的显微组织、显微硬度及热物性参数有很大的影响。在粉块预置厚度T=3mm时,粉末配比为15%/85%、25%/75%和35%/65%(MoSi2/Ni60A)的覆层硬度逐渐增大,覆层组织均比较细密,其中弥散分布的硬质相颗粒的数量也逐渐增多,并且其覆层和基体钢之间形成了较好的冶金结合。而粉末配比为45%/55%(MoSi2/Ni60A)的覆层组织则存在明显的缺陷,覆层的显微硬度值也不稳定,测量值的波动比较大,并且其熔覆层和基体钢之间未形成良好的冶金结合层。最后对配比为25%/75%和35%/65%(MoSi2/Ni60A)的覆层进行了热膨胀系数α、热导率k和比热容c的测定,通过对测定值的分析比较,得出了配比为35%/65%的熔覆层的综合热物理性能要优于配比为25%/75%的熔覆层。综合试验结果表明,在熔覆层的预置厚度T=3mm、熔覆层粉末的配比为35%/65%(MoSi2/Ni60A)的工艺条件下能获得组织细密、硬度高、与基体冶金结合良好及优越的热物性参数等各方面性能都比较好的熔覆层,证明高频感应熔覆是在热锻模膛表面制备陶瓷增强合金强化覆层的一种有效方法。
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