激光重熔对50CrMoV钢放电强化表面组织与性能的影响

1、激光重熔熔对500CrMMoV钢钢放电强强化表面面组织与与性能的的影响乔桂英肖福仁仁摘要：用透射射电镜和和X-射射线衍射射研究了了激光重重熔对550CrrMoVV钢脉冲冲放电强强化层组组织与性性能的影影响，结结果表明明：激光光重熔可可使放电电表面强强化层的的硬度进进一步提提高。硬硬度提高高的原因因是激光光超细化化组织及及高密度度位错和和一定量量的碳化化物所致致。关键键词：激激光重熔熔放电电强化组织硬度Effeect of Lasser Claaddiing on Miccrosstruuctuureaand Prooperrty of Pullse Disschaargee Ennhannce

2、ddSurrfacce LLayeer oof SSteeel 550CrrMoVVQiaoo Guuiyiing andd Xiiao Furren(Matteriial andd Chhemiistrry IInsttituute, YaanshhanUUnivverssityy, Qiinhuuanggdaoo 06660004)Absttracct：TThe efffectt off laaserr clladddingg onn miicroostrructturee annd pproppertty oof ppulsse ddisccharrge enhhancced surrf

3、acce llayeer oof ssteeel 550CrrMoVV haas bbeenn sttudiied by meaans of traansmmisssionn ellecttronn miicrooscoope andd x-rayy diiffrracttionn meethood. Thee reesullts shoowedd thhat thee haardnnesss off puulsee diischhargge eenhaanceed llayeer wwas impprovved by lasser claaddiing to forrm nnanoomett

4、er cryystaal mmicrrosttruccturre, higgherr deensiity dissloccatiion andd deefinnitee caarbiidess.Maaterriall Inndexx：Lasser Claaddiing, Diischhargge EEnhaanciing, Miicroostrructturee, HHarddnesss放电电强化作作为一种种表面强强化的手手段得到到一定的的作用1，22，然然而放电电强化层层较薄，强化层层的均匀匀性和致致密性较较差，因因此影响响了其强强化的效效果。随随大功率率激光器器的出现现，激光光表面处处理在

5、工工业生产产取得广广泛的应应用33。近近年来，有关激激光熔覆覆WC/Co(Ni)和TiiC/NNi(CCo)合合金的研研究较多多4，5，广泛采采用的是是人工或或机械涂涂刷粉末末的方法法。本工工作采用用脉冲放放电的方方法，在在50CCrMooV钢表表面预涂涂一层硬硬质合金金硬化层层，研究究激光重重熔对脉脉冲放电电强化层层的影响响，以进进一步提提高脉冲冲放电表表面强化化性能。1试验验材料及及方法基体材料料选用550CrrMoVV钢。在在基体材材料表面面采用脉脉冲放电电的方法法形成220mm左右厚厚的预涂涂层，然然后进行行激光处处理。脉脉冲放电电试验在在自行研研制的晶晶体脉冲冲电源加加管旋转转电极强

6、强化试验验机上进进行，采采用YGG8合金金为电极极材料，工作条条件为：占空比比为9:1；电电压为1180VV;强化化时间为为8miin/ccm2；介质质为空气气。激光光处理在在2kWW连续CCO2激光器器上进行行。束斑斑直径DD=5mmm;功功率P=60001 5000W;扫扫描速度度v=110225mmm/s；N2保护。在在D/MMAX-rB型型X射线线衍射仪仪上进行行物相分分析。在在H-8800型型透射电电子显微微镜上对对硬化层层表面微微观组织织进行分分析。试试样经单单面机械械减薄至至0.004mmm后，采采用电解解双喷减减薄。电电解液为为10%高氯酸酸酒精溶溶液，抛抛光条件件为电压压50

7、VV，电流流90mmA。2试验验结果与与分析2.1放电强强化层的的组织与与性能500CrMMoV钢钢经放电电强化后后的表面面硬度与与层深的的关系如如图1所所示。经经放电强强化后的的表面硬硬度可达达HV00.111 3000以上上，硬化化层与基基体之间间无过渡渡层。放放电强化化层的金金相组织织如图22所示。可见在在基体表表面形成成了约335mm的白亮亮层，白白亮层与与基体的的界面清清晰，无无明显的的扩散层层，这与与硬度测测试结果果相一致致。XRRD分析析结果表表明，表表面白亮亮层的相相组成为为大量MM6C、W2C及少量量WC碳碳化物，由于大大量碳化化物存在在使表面面硬度高高达HVV0.111 3

8、300以以上。图1放放电强化化层的硬硬度Fiig.11Haardnnesss off puulsee diischhargge eenhaanceed llayeer图2放放电强化化层的组组织Fiig.22Miicroostrructturee off puulsee diischhargge eenhaanceed llayeer2.2激光处处理对放放电强化化层硬度度的影响响图图3给出出了激光光处理工工艺参数数对脉冲冲放电涂涂层表面面硬度的的影响。可见随随工艺条条件的不不同，在在P=11 2000 WW、V=18 mm/s时，表面硬硬度达到到极大值值。这与与激光能能量输入入大小对对表面合合金

9、化的的程度及及显微组组织的影影响有关关。图3激激光处理理与强化化层硬度度的关系系Figg.3Rellatiion bettweeen llaseer ccladddinng aand harrdneess of enhhancced layyer2.3激光处处理对放放电强化化层组织织的影响响放放电涂层层经激光光重熔后后，横截截面呈月月牙形，月牙的的厚度随随激光功功率等参参数不同同而不同同。与放放电强化化层相比比，硬化化层深明明显增大大，且与与基体之之间存在在较宽的的扩散冶冶金结合合层。金金相分析析结果表表明，硬硬化层表表面组织织为隐晶晶马氏体体+碳化化物，而而且随激激光功率率的增大大，碳化化物

10、有减减少的趋趋势。XXRD分分析结果果表明，经激光光重熔后后表层相相组成主主要为相和和相及及少量碳碳化物相相。碳化化物的种种类也发发生变化化，主要要为WCC相。随随激光功功率的增增大，碳碳化物的的数量减减少，另另外残余余奥氏体体量也有有所变化化。图44给出了了不同工工艺条件件下的相(1100)的衍衍射峰。可见随随激光功功率及扫扫描速度度的不同同，衍射射峰的位位置和半半高宽也也不同。在P=1 2200WW,V=18 mm/s时，衍射峰峰峰位向向低角偏偏移量最最大，而而衍射峰峰的半高高宽也达达到极大大值。衍衍射峰位位置的变变化与合合金的固固溶度有有关66；半半高宽的的变化与与微晶尺尺寸及微微观畸变

11、变有关6。衍射峰峰的这种种变化表表明此时时强化层层的固溶溶度最大大，微晶晶尺寸最最小，微微观应力力和位错错密度最最大，强强化效果果最大，即表面面硬度最最高，这这与硬度度测定结结果相一一致。图4激激光重熔熔表层(1110)衍射峰峰Figg.4Difffraactiion peaak oof pphasse (1100) oof llaseer ccladddinng llayeerTEEM观察察结果表表明，经经激光处处理的放放电涂层层的组织织为位错错马氏体体和孪晶晶马氏体体的混合合组织(图5aa、b)，但只只在极少少的区域域出现这这种典型型的位错错马氏体体和孪晶晶马氏体体，绝大大部分区区域组织织

12、特征不不明显，但组织织极为细细化，有有未溶碳碳化物存存在，碳碳化物的的数量和和尺寸随随激光功功率的增增大而减减小，而而且在亚亚晶界有有极小的的碳化物物存在(图5cc)，使使材料得得到强化化。在较较低功率率条件下下，与基基体组织织明显不不同的区区域内存存在较多多的碳化化物(图图5d)，分析析认为是是放电强强化层中中的组织织在激光光重熔过过程中未未完全熔熔化而保保留下来来的放电电强化层层组织。图5激激光重熔熔表层的的TEMM分析结结果(aa) 位位错马氏氏体； (b) 孪晶晶马氏体体； (c) 亚结构构； (d) 碳化物物Figg.5TEMM moorphholoogy of lasser cla

13、addiing layyer strructturee(aa) ddisllocaatioon mmarttenssitee,(bb) ttwinn maarteensiite,(c) suubgrrainn,(dd) ccarbbidees3讨论论在放电强强化过程程中，电电极材料料YG88在钢的的表面形形成以含含W的高高硬度碳碳化物硬硬化层，使基体体材料表表面得以以强化，但因放放电作用用时间极极短，强强化层无无明显的的过渡层层，硬度度梯度极极陡峭。该层在在激光处处理过程程中与基基体表面面层熔融融使基体体表面合合金化。互熔的的结果使使强化层层中碳化化物的数数量减少少，但基基体表面面层的合合金元

14、素素的含量量增加，强化层层加厚，并形成成较大的的过渡层层，使硬硬度梯度度降低。在在激光重重熔的过过程中，熔池及及合金化化程度的的大小取取决于激激光输入入的能量量及作用用时间。在功率率较低的的条件下下，碳化化物溶解解量少(图5dd)，合合金化程程度弱，对放电电强化层层强化效效果改变变不显著著；当激激光能量量过大，碳化物物的溶解解量增大大，熔池池也相应应增大，熔池的的稀释作作用增强强，熔池池中的合合金元素素含量降降低，其其强化效效果也较较低。因因此，达达到最佳佳的强化化效果需需要合理理地选择择激光重重熔的工工艺参数数。由于于激光加加热冷却却速度快快，加之之N2的辅助助冷却作作用，使使表面层层形成超

15、超细化组组织。而而且，激激光重熔熔后的组组织中，仍存在在的未溶溶碳化物物可作为为非均匀匀形核的的核心，进一步步细化结结晶组织织。尽管管碳化物物的含量量有所减减少，但但组织中中细小的的亚晶及及在亚晶晶界处分分布着细细小的碳碳化物对对变形的的阻碍作作用，仍仍使硬度度明显升升高。试试验得出出，激光光重熔后后的硬度度与衍射射峰的半半高宽有有良好的的对应关关系，即即微晶尺尺寸减小小、位错错密度和和微观畸畸变增加加使硬度度增加。这与文文献77及过过去的结结果相一一致88。4结论论(1) 50CCrMooV钢脉脉冲放电电强化涂涂层经激激光重熔熔后，表表面硬度度可进一一步提高高。本试试验最佳佳的激光光处理工工

16、艺为激激光功率率P=11 2000 WW;扫描描速度VV=188 mmm/s，表面硬硬度可达达HV00.111 6000 以以上。(22) 激激光重熔熔后，硬硬度提高高的原因因是组织织的超细细化、高高位错密密度及分分布在亚亚晶界的的细小碳碳化物。作者简介介：乔桂桂英，女女，322岁，工工程师。19992年毕毕业于燕燕山大学学金属材材料专业业(硕士士)。从从事金属属材料研研究。作作者单位位：乔桂桂英(燕燕山大学学材料化化工学院院，秦皇皇岛 00660004)肖肖福仁(燕山大大学材料料化工学学院，秦秦皇岛 06660044)参考文献献：1彭彭其风，刘大桑桑等.电电火花放放电强化化.金属属热处理理，19983，(7)：1222刘益武武.金属属表面的的电火花花强化法法.金属属热处理理，19979，(7)：1773孙阳智智.激光光硬化金金属表面面.激光光杂志，19887，88(4)：266544张松，张张春华，谭朝鑫鑫.鼓风风机叶片片激光熔熔覆的应应用研究究.中国国激光，19995，222(55)：33955裴裴宇韬，孟庆昌昌，雷廷廷权.激激光熔覆