《WFLC11钴基合金激光熔覆层组织及性能评价》由会员分享，可在线阅读，更多相关《WFLC11钴基合金激光熔覆层组织及性能评价（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六届奎翻表面工程孛* 4 t - i t兰州2 c 0 6 年8 月W F L C - 1 1 钴基合金激光熔覆层组织及性能评价潘邻，高万振，陶锡麒，夏春怀( 武汉材料保护研究所，湖北武汉4 3 0 0 3 0 )辅要：通过对自主开发的W F L C 一1 1 激光熔覆专用钴基台金粉末激光熔覆层与S m l l i t e 6 合金等离子喷焊层的组织与性能进行比较，分析了熔焊层各自的凝固组织特征，进行了性能对比试验。结果表面，激光熔覆层组织细小、均匀，致密性好，高温硬度更高，其显微硬度、耐腐蚀性能、抗擦伤性能优于S e m t e 6 合金等离子喷焊层、关键词：钴基合金；激光熔覆；等离子喷焊
2、；组织与性能1 前言自1 9 7 4 年D S G n m d m 等发明激光熔覆以来，由于激光器功率和稳定性的不断提高，激光熔覆技术得到长足进步。激光熔覆技术可以在低成本基材上制备出高性能的表面涂层，代替大量的高级合金整体材料，节约贵重稀有金属材料、降低成本；同时对于一些高附加值的关键部件的修复，激光熔覆可在不影响原部件力学性能的前提下，实现再制造目的。激光熔覆技术的优越性已得到广泛共识。近年来，国内外学者已对激光熔覆工艺进行了大量的研究，取得了很大进展，但激光熔覆过程中熔覆层易出现开裂现象的缺点至今未能从根本上解决J ，其主要原因之一是借用热喷涂合金粉 末或采用机械混合法得到的激光熔覆合金
3、粉末删因加热条件不同及成分配比的特殊性造成激光熔覆层产生更高的热应力。因此，研制激光熔覆专用合金粉末是促进激光熔覆广泛应用的关键技术之一。武汉材料保护研究所在这方面已进行了许多工作，并以研制出钴基、镍基、铁基三个系列的激光熔覆专用合金粉末。本文就自制的W F L C 一1 1 钴基合金激光熔覆层组织及性能与常用的s t e 皿t e 6合金等离子喷焊层进行比较，以评价该合金的实用性。2 试验条件2 1 试验材料激光熔覆处理采用w Hc 一1 1 激光熔覆专用合金粉末，该合金粉末主要用于对高温强度、 抗氧化性及耐腐蚀性要求较高的场合，其主体成分与S m l l i m 6 合金相近，因此，与该合
4、金组织和性能进行对比研究的是经等离子喷焊处理的s t e m t e 6 合金喷焊层。两种合金粉末的成分见表1 。 表1 试验用合金粉末成分( 吼)成分N iC rWM oS iCBF eR eC o1 0 2 6 4 5 0 5 0 5 W H C 一1 13 5 41 1 5 3 1 _ 5余 1 22 85 50 70 7S m l f i m 62 82 742 41 31 1余处理试样的基材为A 3 钢，尺寸为7 0 m m x 5 0 m m x l o m m 。2 2 试验设备激光熔覆处理在T J H L - 5 0 0 0 型横流c 0 2 激光器上进行，采用P D A 4
5、0 0 型等离子喷焊设备进行等离子喷焊处理。在M M 2 0 0 磨损试验机上进行抗擦伤试验；采用K L - A 型真空高温维氏硬度计测量高温硬度，用7 l 型显微硬度计测量常温硬度；用s - 5 7 0 型扫描电子显微镜、奥林巴斯2 7 型金相2 1 4第六届全目表面工程学术套议兰州2 0 0 6 年8 月显微镜观察金相组织和表面形貌。2 3 工艺方法W F L C 1 1 钴基合金激光熔覆处理时激光功率3 2 5k W ，光斑直径7 m m ，扫描速度5 0 0 m m m i n ，送粉量1 8 9 r a i n ，搭接率2 8 ，搭接次数9 次共熔覆4 层、总厚度3 5 m m 。S
6、 t e l l i t e 6 钴基合金等离子喷焊层的厚度为2 3 m m 。3 试验结果及分析讨论3 1 金相组织激光熔覆和等离子喷焊试样分别经磨制、抛光后，用王水进行腐蚀，在金相显微镜和扫描电镜下观察组织形貌。激光熔覆层和等离子喷焊层的组织分别见图l 图4 。从照片可见，激光熔覆层和等离子喷焊层均为典型的铸态组织，呈枝晶状，电镜照片的组织反映出强烈的定向生长趋势。由于激光加热的能量密度远远高于等离子体加热，激光熔覆过程的加热和冷却速度都很快，因而激光熔覆的凝固组织明显地比等离子喷焊层组织细小、均匀，致密性更高。图IW F I _ c - 1 1 激光熔覆层金相组织2 5 0 X图2S t
7、 e l l i t e 6 等离子喷焊层金相组织2 5 0 X图3W F L C 一1 1 激光熔覆层电镜照片图4S t e l l i t e 6 等离子喷焊层电镜照片3 2 硬度梯度及高温硬度沿试样的横截面测量显微硬度，结果见表2 。表2 的数据显示，W F L C 1 I 激光熔覆层的硬度高于S t e l l i t e 6 等离子喷焊层，这对于大多数用于耐磨粒磨损工况的熔焊层是十分有利的。表2 不同试样的显微硬度分布( H V 0 1 )在进行W F L C 一1 1 激光熔覆专用合金粉末成分设计时，为了提高熔覆层的抗开裂性能，减少了2 1 5第六庙奎爵表面工程学术鲁觳兰州2 0
8、0 6 丰8 月C 的加入量，以减少碳化物量，降低脆性；对容易形成脆性相的s i 元素也略有降低。从实际使用的效果来看，熔覆层的开裂倾向明显减小”】。但从表3 的数据对比分析，并没有因为碳化物量的减少而影响熔覆层的硬度，且硬度还有比较明显的提高，这估计有几方面的原因。一是钴基合金的强化机智主要是依靠形成C o - C r 、N i - C r 等固溶体的同溶强化，其他非金属化合物主要以弥散分布的形式存在，因而对整体硬度的提高贡献不大；二是激光熔覆的凝固组织明显地比等离子喷焊层组织细小，细晶强化效果非常突出，使得激光熔覆层的硬度高于等离子喷焊层。另外，在合金设计时加入了稀土元素，可提高合金的硬度
9、、耐磨性、耐蚀性及抗高温氧化性能“。采用高温硬度计对试样进行高温硬度试验( 结果见表3 ) ，可以发现W F L C 一1 1 钴基合金激光熔覆层高温强度优良，随着温度升高，硬度下降缓慢，在5 5 0 “ C 之_ E ，仍然保持着较为理想的硬度值，这种特点，特别适用于气门、高温高压阀门等处于高温工况下使用的产品。表3W F L C - 1 1 激光熔覆层的高温硬度3 - 3 腐蚀试验用线切割直接在熔焊层上割取4 0 m m x 2 0 i n m x l m m 或4 0 m m x 4 0 m m x l m m 薄片作为腐蚀试样，将试片浸入沸腾的5 硫酸中保持6 h ，然后计算失重，其结
10、果见表4 。表4 腐蚀对比试验结果从试验结果看，W F L C - 1 1 合金激光熔覆层的腐蚀失重比S t e l l i t e 6 合金等离子喷焊层的腐蚀失重小，激光熔覆层具有更高的致密度可能是导致上述结果的主要原因。为了验证这一设想，将W F L C 一1 1 合金进行等离子喷焊处理，发现其腐蚀失重基本上与S t e l l i t e 6 合金等离子喷焊层相当。所以，激光熔覆处理形成致密的铸态组织，对提高合金材料的耐腐蚀性能具有积极的作用。3 4 抗擦伤试验由于钴基合金广泛用于高参数阀门、气门的密封面，其失效形式主要是擦伤和塌陷，故本试验主要进行抗擦伤性能对比。抗擦伤试验的上试样为激
11、光熔覆或等离子喷焊试样，下试样是经淬火+ 低温回火的G C r l 5 试样( 硬度6 2 H R C ) ，试验载荷1 5 0 N ，转速2 0 0 r r a i n 。试验结果表明，W F L C 一1 1 合金激光熔覆层的抗擦伤时间达2 h ，而S t e l l i t e 6 合金等离子喷焊层的抗擦伤时间仅1 1 h 。图5 是经不同时间擦伤试验后的表面状态。抗擦伤试验结果显示激光熔覆层具有良好的抗擦伤性能，其原因与激光熔覆层组织均匀、细小致密有关。图5 还清晰地显示，S t e l l i t e 6 合金等离子喷焊试样开始阶段局部擦伤非常厉害，试验达到1 5 h 时表面已经严重
12、磨损；w H c 一1 1 激光熔覆试样在整个试验阶段的擦伤状况一直比较均匀，未出现大片的撕裂情况，试验达到2 h 时表面状况仍然比较理想，选种形态特别适用于具备密封功能的场合。2 1 6第六属空冉表面工程学术会议兰州2 0 0 6 年8 月图5 磨损面的电镜照片上部是S t e l U t e 6 等离子喷焊试样分别经5 m i l l 、lh 、1 5 h 磨损后的磨损面照片( 从左到右) 下部是W F L C - 1 1 激光熔覆试样分别经0 5 h 、lh 、2 h 磨损后的磨损面照片( 从左到右)4 结论I 、自行研制的w F L c I i 激光熔覆专用钴基合金除保持了良好的工艺性
13、能# J l - ，其熔覆层组织均匀、细小，致密性好2 、W F L C I i 激光熔覆层具有较高的高温硬度；与用在相似工况的S t e l l i t e 6 合金等离子喷焊层相比，前者具有更高的耐蚀性和抗擦伤性能。参考文献【l 】D S G n a n a m u t h u ，U Sp a t e n t , 3 9 5 2 ，1 9 8 0 【2 】胡木林，谢长生，王爱华激光熔覆材料相客性的研究进展盎属热处理，2 0 0 1 ，( 1 ) ：l 一7【3 】祝柏林，胡术林，陈俐，等激光熔覆层开裂问题的研究现在金属热处理，2 0 0 0 ，( 7 ) ：1 4【4 】P h i l i
14、 pK o s h y L a s e rc l a d d i n gt e c h n i q u e sf o ra p p l i c a t i o nt oW e a l “ a n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c ec o a t i n g s S P E V o ! 5 2 7 ，A p p l i c a d o n s o f H i g h P o w e r L a s e r s ，1 9 8 5 ；8 0 8 5 【5 T T a k e d a , W M S t u n 。D R EW e s t L a s e rC
15、h d d i n gw i t hM i x e dP o w d e rF e e d L I A V b l 4 4I C A L E O 1 9 8 4 ：1 5 1 1 5 8 【6 】石世宏，郑启光，王新林，等激光熔覆阀门零件的研究与应用中国机械工程，1 9 9 9 ，1 0 ( 5 )【7 】曹庆，吴子健，潘邻，等激光熔覆S t e l l i t e 和w F L c 系列钴基粉末研究材料保护，2 0 0 0 ，3 3 ( 1 2 ) ：4 l 卅3【8 】尚丽娟，才庆魁，刘升常用稀土改性钴基合金激光熔覆层中国激光，2 0 0 2 ，2 6 ( 3 ) ：1 7 3 1 7 8
16、【9 】Y P K a 也u r i a S o m eA s p e c t so fL a s e rS u r f a c eC l a d d i n gi nt h eT u r b i m - I n d u s t r y S u r f a c ea n dC o a t i n g sT e c h n o l o g y , 2 0 0 0 ，1 3 2 ：2 6 2 2 6 92 1 7第方届奎啊表面工藿学螽鲁馥兰州2 0 0 6 年8 月【l O JC M D O l i v e r i r a , C P d aS i l v a , M C V i l a r M i c r o s u u c t o r a lf e a t m e so f c o n s e c u t i v el a y e r so fS t e l l i t
