【摘 要】
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随着绿色再制造概念的普及和制造水平的不断提升,人们对模切刀具的制造、修复和再制造提出了新要求。传统一体成形模切刀具制造成本高、加工余量大,刃口易出现崩刃、变形、开裂、磨损等失效情况,镶嵌装夹硬质合金刃口性能大幅上升,但加工精度受限。传统的修复方式是将刃口磨削后调整刀辊中心距,加工量大,能耗高、耗时长,经济效益较差。激光熔覆技术通过增材制造的方式对刀辊进行制造、强化或修复,大大降低了成本,是解决模切
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随着绿色再制造概念的普及和制造水平的不断提升,人们对模切刀具的制造、修复和再制造提出了新要求。传统一体成形模切刀具制造成本高、加工余量大,刃口易出现崩刃、变形、开裂、磨损等失效情况,镶嵌装夹硬质合金刃口性能大幅上升,但加工精度受限。传统的修复方式是将刃口磨削后调整刀辊中心距,加工量大,能耗高、耗时长,经济效益较差。激光熔覆技术通过增材制造的方式对刀辊进行制造、强化或修复,大大降低了成本,是解决模切刀具全生命周期的不二选择。本文从优选粉末配方和激光工艺参数、稀土氧化物最佳添加比例以及探索合适的后续热处理手段进行研究,得到的主要结论如下:采用预置式激光熔覆方案,固定离焦量（10mm）,通过正交试验,选择硬质相WC@Ni粉末种类、WC@Ni/Ni60比例、激光功率和扫描速度四个关键因素进行试验。通过直观和方差分析,得到最佳工艺参数组:WN25（25%WC@Ni）、WC@Ni占比40%、激光功率1600W、扫描速度5mm/s,并使用最佳工艺参数组进行验证试验,制备的涂层形貌较好、稀释率合理（9%）,且硬度较高（62.4HRC）、耐磨损性能较好（磨损体积13.49×10~6μm~3）,以该组参数进行后续试验。采用两组单因素试验,探索两种稀土氧化物（Y2O3和La2O3）的添加比例对激光熔覆涂层性能的影响规律。研究发现,Y2O3和La2O3的添加可以显著细化晶粒,但是过量的稀土氧化物反而会削弱熔覆层的性能,添加3%La2O3的样件稀释率为2.4%,磨损体积26.5×10~6μm~3;添加3%Y2O3的样件稀释率为45.6%,磨损体积25.1×10~6μm~3。经过综合比较,两组试验中1%La2O3（硬度66.1HRC,磨损体积9.87×10~6μm~3,摩擦系数0.45）、0.5%Y2O3（硬度72.7HRC,磨损体积10.66×10~6μm~3,摩擦系数0.46）的涂层硬度高、耐磨性能好,组织结构细密,性能优异。选用这两个比例进行后续试验。为了进一步改善组织形态、优化涂层应力分布,在前述试验的基础上进行后续热处理研究。结果表明,700℃退火热处理可以降低熔覆层的残余应力（1%La2O3样件的最大残余应力从291MPa下降至151MPa,0.5%Y2O3样件的残余应力从410MPa下降到199MPa）,在显微硬度基本不变的前提下,提升涂层的耐磨性能,1%La2O3样件700℃热处理后摩擦系数为0.41,0.5%Y2O3样件700℃热处理后摩擦系数为0.45。
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