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球墨铸铁激光表面超细陶瓷合金化工艺及应用研究
发布时间:2018.12.25    新闻来源:   浏览次数:
        1 前言
         球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料,其综合性能接近于钢,正是基于其优异的性能,目前已成功地用于铸造一些受力复杂,强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料[1]。
        为了进一步提高球墨铸铁表面的强度,以往用得最多的方式是表面淬火处理和各种化学热处理。通过激光将硬质相引入到基体材料的表层以达到增强目的的激光表面合金化技术是一种材料表面改性处理的新技术,先把需要合金化的物质(合金元素或化合物)直接或间接结合到基体材料表面,然后在高能激光束的加热下快速熔化、混合,使合金元素均匀分散并熔渗于液化层(熔池)中,形成厚度为10~1000μm的表面熔化层。熔化层能在很短时间(50~2000μs), 内形成具有符合某种要求的深度和化学成份或组成相的新表面合金覆盖层,这种合金化层与基体之间有很强的结合力,且具有高于基材的某些性能,所以能达到表面改性处理的目的[2]。本文中采用CO2激光器对球墨铸铁表面进行亚微米陶瓷合金化试验,通过改变参数进行试验并将分析结果,证明对球墨铸铁进行激光表面合金化获得预期性质的可行性,寻找最佳工艺参数,并对其合金化原理作以解释。
        2 试验材料及方法
        2.1 试验材料
        基体材料为块状球墨铸铁,尺寸为80mm×100mm×40mm,表面采用240#砂纸打磨并使用丙酮清洗。亚微米陶瓷合金化涂料中以具有高硬度和优良耐磨性的亚微米级TiC等作为强化硬质相,以Fe-Cr作为基础粘结相。
        2.2 试验方法
       于经过表面预处理的球墨铸铁试样表面均匀涂覆一层厚约0.1mm的涂料,激光合金化涂料采用5kW的CO2激光器,扫描速度60mm/s,光斑直径为3mm,功率分别采用3.5kW,4.0kW,4.5kW,5.0kW。试验过程中使用氮气保护。
        在经过激光表面合金化处理的球墨铸铁试样中截取金相试样。将试样抛光后,用王水腐蚀后通过配有能谱仪的JSM-5610LV型扫描电镜进行组织形貌观察和元素分析,利用Philips X'Pert PRO X射线衍射仪分析合金化层物相组成。采用Micromet-3型显微硬度计测定处理区硬度,载荷100g,加载时间15s。
         3 试验结果分析
         3.1 组织形貌分析
         图1(a)中所示为合金化区域的总体形貌。可以看出,合金化区与基体组织形态具有明显区别。基体之中的石墨相以及气孔缺陷并未在合金化层中出现,这是因为在激光束扫过着有涂层的球墨铸铁表面时,随着涂层内的合金元素溶入到熔池中,该部分原本含有的气孔从表面溢出,石墨大部分被烧损,少部分渗进其余相形成合金。但合金化层与基体两者之间并没有清晰的分界线,说明它们形成了良好的冶金结合。
【下一篇】铝基颗粒增强复合材料缺陷激光修复造技术  [2018.12.25]
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