激光粉末成型碳化钨颗粒增强的金属基复合材料

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激光粉末成型(LPD)是一种可以实现零部件净成型的制造技术。金属基复合材料(MMCs)将具有良好延展性的金属基材和具有较高硬度的陶瓷增强相的优点相结合。但是,由于成形过程中的热应力和基材的脆化而产生的裂纹限制了金属基复合材料在金属粉末成型中的应用。  本文通过系统的试验研究了由激光粉末成型的金属基复合材料的力学性能和耐磨性。碳化钨是一种广泛使用的硬质材料,具有非常好的耐磨性,因而被选为增强相。钴基和镍基合金由于其良好的润湿性和高温性能,在试验中被选为基材相。试验选用并比较了两种硬度和延展性不同的合金。一种为钴基的传统表面硬化材料Stellite6,另外一种为广泛使用的高温合金Inconel718。通过研究断口金相,金相组织和宏观和微观硬度(HRA,HV),揭示了引起不同基材、不同增强相含量的复合材料拉伸力学性能和耐磨性的差别的原因。试验结果表明,增加碳化钨的含量会显著降低材料的抗拉强度和延伸率。而这一点和传统的低强度基材(如铝合金,镁合金)的金属基复合材料。金属基复合材料的力学性能和多个因素相关,包括基材材料、热处理条件、激光功率、碳化钨颗粒含量、由碳化钨溶解引起的基材脆化等。试验结果发现,尽管 Stellite6具有更高的抗拉强度,延展性更好的Inconel718比硬质金属Stellite6具有与碳化钨颗粒更好的相容性,即更好的抗开裂性。在磨损试验中,结果表明 Inconel718的耐磨性低于比其更软的304不锈钢,且远远低于比其更硬的Stellite6。在无碳化钨增强的纯合金中,耐磨性可以很好地和摩擦系数相关联,而非硬度。Inconel718较高的摩擦系数可以归因为其较小的散热系数。加入少量的碳化钨颗粒后(30%质量比,即8%体积比),Stellite6和Inconel718的耐磨性均显著提高。在激光粉末成型中,考虑到 Inconel718基材的复合材料具有更好的抗开裂性和良好的耐磨性,延展性好的Inconel718是一种比较好的金属基复合材料的基体。
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