论文部分内容阅读
垃圾粉碎机刀盘的基体材料为D2工具钢,D2工具钢具有较好的耐磨性,属于微变形冷作模具钢,广泛应用在各种冷冲压模具及冷剪切刃等方面。激光熔覆技术是一种新型、非接触式、无污染、高效修复磨损机械零件的有效方法。因此本文采用激光熔覆技术在D2工具钢表面熔覆上多层Fe+WC梯度复合熔覆层,通过设计梯度复合熔覆层,有效解决了熔覆层中加入碳化钨而产生裂纹的问题,从而提高梯度复合熔覆层的硬度和耐磨性。主要研究内容如下:（1）在单道单层激光熔覆时,利用单因素实验方法,探索激光功率、扫描速度、离焦量和送粉速度对熔覆层表面形貌和热影响区大小的影响。结果表明当激光功率为1350W,扫描速度为1.5mm/s,离焦量为-10mm和送粉速度为6g/min时得到较好的单道激光熔覆层。熔覆层合金的结晶形态受形状控制因子（温度梯度G/结晶速度R）的影响,单道Fe基合金熔覆层从熔覆层表面到基体方向结晶形态出现的顺序依次为等轴晶、树枝晶、胞状晶、平面晶。（2）通过单因素实验的实验方法,探索搭接率对熔覆层表面质量的影响,当搭接率为15%时得到厚度均匀、表面平整的熔覆层,通过SEM观察熔覆层与基体组织结合处无微裂纹、气孔、夹渣等缺陷,并且熔覆层与基体之间有元素的相互扩散,表明熔覆层与基体之间是冶金结合。（3）为了进一步提高熔覆层的硬度,向Fe基合金粉末中添加碳化钨硬质颗粒,未添加碳化钨硬质颗粒的熔覆层没有产生裂纹,当添加质量分数为5%的碳化钨硬质颗粒时产生裂纹,裂纹数量随着碳化钨硬质颗粒的比例的增加而逐渐增多。通过EDS能谱分析可知,晶粒和晶界处的元素含量不同,当加入碳化钨硬质颗粒以后,晶界处铁Fe元素的含量迅速下降,晶界处元素变化会影响熔覆层的物理性能;对不同成分的熔覆层进行XRD物相分析,当碳化钨硬质颗粒逐渐增大时,α-Fe、Fe3N、MnNi、Cr-Fe相的衍射峰值强度有所下降,所形成的CrFe7C0.45、Cr2.4W0.6Si相的衍射峰值逐渐增大,而WN相趋于稳定,这些物相的变化对熔覆层产生裂纹有一定的影响。（4）通过采用Fe50合金熔覆层作为中间过渡层的方法,降低了当加入碳化钨硬质颗粒熔覆层产生裂纹的倾向;当碳化钨硬质颗粒的量达到15%时,梯度复合熔覆层开始产生裂纹,与没有加入中间过渡层的形成对比,中间过渡层具有一定的韧性,与基体之间形成了一个缓冲区,有效的降低了裂纹开裂趋势;通过观测金相组织可知,加入碳化钨硬质颗粒后,熔覆层的组织晶粒得到了逐步细化。（5）粉碎机刀盘的平均硬度为302.73HV,当梯度复合熔覆层不产生裂纹时,含有质量分数为10%的碳化钨硬质颗粒的Fe基梯度复合熔覆层平均硬度为771.85HV,是基体硬度的2.55倍。在摩擦磨损实验中,稳定摩擦阶段时基体的摩擦系数为0.556,当碳化钨硬质颗粒的质量分数达到10%时,Fe基复合熔覆层的摩擦系数降低到0.449,与基体摩擦系数相比下降了19.2%,其中基体的磨损量为45mg,随着碳化钨硬质颗粒的量的增加复合熔覆层的磨损量呈下降的趋势,含10%碳化钨硬质颗粒的梯度复合熔覆层磨损量下降到12mg。当碳化钨硬质颗粒的质量分数达到15%时,因为熔覆层内有大量未熔的碳化钨硬质颗粒,导致磨损量反而增大,梯度复合熔覆层的耐磨性也随之降低。（6）通过扫描电子显微镜观测磨痕的形貌,基体与GCr15钢球、Fe基合金熔覆层与GCr15钢球之间的磨损类型主要以黏着磨损磨损为主,随着碳化钨硬质颗粒的增加,梯度复合熔覆层与GCr15钢球之间的磨损类型转换为以磨粒磨损为主,而黏着磨损为次要地位,并且随着碳化钨硬质颗粒量的增加,梯度复合熔覆层上的犁耕现象越明显。