【《40Cr激光淬火层性能探究案例》4500字】

40Cr激光淬火层性能探究案例目录TOC\o"1-3"\h\u2825940Cr激光淬火层性能探究案例 1131291.1马氏体的组织形态与强化机理 314621.2淬火层的显微组织 496661.2.1金相试块制备 4203711.2.2金相试块腐蚀 511341.2.3激光层的组织规律分布 677811.3淬火层的显微硬度 8308711.3.1数显显微硬度计 8155351.3.2显微硬度检测 9224121.4淬火层的表面硬度 13296851.1.1洛氏硬度计 13123991.1.2表面洛氏硬度 14激光淬火使用激光作为热源，在经过冷却之后达到淬火的效果，从而增加了材料在表面上的温度便于进行相变。钢铁中Fe-feac结构如图1.1所示。在低功率Tectoide钢的工况下，在激光淬火的过程中，激光辐射到该区域中的原有材料外壳表层的温度立即会迅速地升高甚至超过了A3的温度，从而导致很高的过热度。并且这种相变应力结构转变为奥氏体化，平衡相变发生在随后的淬火过程中，导致材料表面形成马氏体组织。在距表面一定距离处，材料的温度在A1和A3之间加热，铁素体变成奥氏体。但是，由于温度低于A3，因此无法完全转变奥氏体化，并且会迅速冷却。在该处的地段中，形成了一种铁素体与一种马氏体之间的液态混合。在给定加热区域温度数值低于常数A1的给定加热温度区域中，由于结构不发生相变，因此结构不发生变化。在瞬时激光加热的过程中产生的奥氏体可以迅速地在晶界、相界和晶体的缺陷之间迅速地成核，因此奥氏体核的数目迅速地增加，并且瞬时激光加热后的迅速冷却导致了奥氏体。因此，淬火后的马氏体结构非常微小。此外，由于激光的快速辐射和加热,原子扩散不能完全地进行，这就大大增加了整个奥氏体中的碳与合金元素的分布不均衡,因此奥氏体中的不同部位中的碳元素含量各不同。这是我们在淬火后无法获得一个细微的马氏体结构性组织的另一个重要原因。我们正处于冷却过程中，在不同微区之间形成的马氏体温度非常不一样。另外，相变同时引起体积的膨胀，在经过激光淬火后在材料表面上就会产生很大的压缩应力，这也就大大提高了材料的表面层疲劳强度。因此，激光淬火后材料产生的马氏体和表面的压缩应力是改善该材料硬度、抗疲劳性与耐磨力的直接影响。使用确定的最优激光工艺技术参数：以1800W的标准激光辐射功率，6mm/s的标准扫描激光速度和6mm的标准激光斑点点大小为例来对40Cr不锈钢材料本身进行了一次激光加热淬火，以制备样品进行分析和研究淬火层。通过研究了淬火材料涂层与基体之间的对比性能变化，进一步深入研究40Cr钢的激光淬火性能变化。图1.1Fe-Fe3C相图1.1马氏体的组织形态与强化机理马氏体是德国金属学家阿道夫·马滕斯在19世纪90年代首次发现的。在中碳钢和高碳钢中，钢被加热到一定的温度（以奥氏体的形式），然后快速冷却（冷却），马氏体记忆中的马氏体组织，最初只有钢的奥氏体-马氏体转变称为马氏体转变。从20世纪初开始，人们相继发现某些金属和合金，例如：Ce，Co，La，Hf，Li，Ti，V，T1，Pu，Zr和Ag具有马氏体变形的特性。Cd，Ag-Zn，Cu-Al，Au-Cd，Cu-Sn，In-T1，Cu-Zn，Ti-Ni等成为马氏体。中国学者徐祖耀和刘宗昌教授也对马氏体转变理论进行了深入研究。随着科学技术的不断发展，人们对马氏体的理解和研究越来越深入。首先，将马氏体定义为冷却过程中马氏体相变的产物，称为马氏体；在1980年代，毛状图像被修饰为：而没有扩散，而惯性表面则没有。可变的平面剪切力和一致的相移积统称为马氏体。马氏体转变定义为没有扩散位移的交替原子，导致形状变化和表面凸起，这些变化保持不变。主要的平面变形特征，成核作用和长期的大规模相变。尽管马氏体的结构由于诸如化学成分和热处理条件的各种因素而变化，但是由于单位形状和子结构的特性，马氏体可分为拉普拉斯马氏体和环状马氏体，马氏体，层状马氏体，层状马氏体和最常见的马氏体是板条马氏体和层状马氏体。1.2淬火层的显微组织1.2.1金相试块制备图1.2金相实验磨抛机样品制备：①试样的切割方向应与径向垂直。②用金相切割器切样品。都要密切关注样品的温度状况，必要时用水冷却，可以改变样品的结构，由于过热。(2)样品研磨①首先将准备好的样品在粗砂轮上研磨，并在磨损痕迹均匀后将其移至精砂轮进行连续研磨，磨抛机如图1.2，在研磨过程中，样品应用水冷却以防止金属结构。②用砂轮研磨，清洗和吹干的样品可以用从粗砂纸到细砂纸的各种尺寸的磨纸也可以由粗磨纸磨成细磨纸。您需要再次更换砂纸，并以90的角度旋转样品，以使其与先前的砂纸垂直。③研磨后，将试样在抛光机上粗磨（抛光布为薄片，抛光机为W2.5金刚石抛光膏），然后细磨（抛光布为锦缎，抛光机为W1.5金刚石抛光液），直至试样的磨痕完全去除，并且表面看起来像镜面。图1.3TRM1700金相显微镜采用金相显微镜观察，金相显微镜如图1.4。在金相观察中，通常采用等距离法来获取金相组织图像，当我们将打磨抛光好的复合堆焊试样进行显微镜观察时，需根据需要进行选取位置，可以选取母材与淬火层交界处，以及淬火层与母材处的金相图。图1.4抛光后的式样如图1.4为抛光后的试样。当试样抛光好后，需要对其进行腐蚀才可以在金相显微镜中观察到其组织的状态和形貌。1.2.2金相试块腐蚀接下来的就是腐蚀试块表面，我们需要4%的硝酸酒精溶液和王水进行腐蚀试验块表面和加工使得表面变为灰色即可停止腐蚀，此处不能腐蚀过度，否则将会使金相图片看不清楚，甚至破坏金相组织，在腐蚀时发现，淬火层及母材可以通过4%的硝酸酒精腐蚀，而其上层的激光淬火层则未被腐蚀，再采用腐蚀液将其进行腐蚀，如图1.5为腐蚀后的复合淬火试样。图1.5腐蚀后的式样440Cr激光淬火层性能研究将复合淬火试样放置金相显微镜上开始观察时，需要注意的是，通过调节旋钮来改变金相的清晰度，也可以通过调节来改变位置。1.2.3激光层的组织规律分布图1.6为1号式样利用100倍金相显微镜观察到的激光层的金相图。3号试样利用400倍金相显微镜观察到的激光层与母材的金相图。下面将针对激光淬火金相图进行分析生长规律以及组织变化。图1.6激光层金相组织（100x）图4-740Cr激光层和母材基体形貌（400x）基体材料的微观结构如图1.7所示，柱状奥氏体产生并均匀分布在组织各处，珠光体枝状生长，结晶沿着某一方向呈现有规律的生长，组织排列从图下方往上生长从复杂结构变得逐渐规律化，该图选自激光层的上方组织，故可以清晰看出，图下方枝柱状晶生长重叠聚集，图示呈偏黑，而图上方则是随着下方枝柱状晶逐渐生长变得发散，直至整体看来呈现出枝柱状排列的方式。图1.7为激光淬火层与母材堆的金相显微结构，过渡线很明显，再枝状晶沿激光层生长，图片下方的淬火层组织在400倍镜下看到的更多的是过度组织，形态为块状组织和繁状组织。图1.8激光层和母材熔合区从图1.8可以看出母材大部分是杂乱排列的铁素体以及少量珠光体。熔合线不清晰，分析其原因可能由于后续激光热源的介入导致母材和激光层之间发生金相腐蚀，以及再结晶的可能。但不影响到我们修复和表面强化的目的。BABADCDC图1.9淬火不同的参数淬火层金相结构如图1.9中A，B，C，D四张金相图分别为淬火功率为1300，1500，1800，440Cr激光淬火层性能研究时的金相结构图，通过四张金相的对比很明显结果表明，在驱避力为1500，扫描速度为5mm/s的条件下晶粒读取和生长稳定，晶粒细化程度最高，组织和性能最稳定，表现为块状过渡组织。淬火材料表面层金相微观结构图如下表4-10所示。淬火涂层的结构应该是均匀和且小。为了确定淬火层的相对结构，淬火层表面结构放大图照片中我们可以清楚地看出，淬火层的机构未形成粗大晶枝。图1.10淬火层表层组织1.3淬火层的显微硬度1.3.1数显显微硬度计图1.11数显显微硬度计如图1.11可以自动对压痕角线进行数学测量和计算，显微硬度测量以及结果导出等操作，还能保存其图像和测量数值等等功能。硬度试样方法主要是用等边棱锥形金刚石挤压头将其挤压到试样表面，得到大致棱柱形的挤压疤痕，然后计算得到平均硬度。1.3.2显微硬度检测现将制备好的试样夹装在测量平台后，通过转动旋钮调节清晰与否，待可以看清金相时再进行显微硬度实验，通过在电脑的软件上操作来对试样的淬火区，表面和母材的硬度值。图1.12试样测量点分布图显微硬度测量一个试样上进行5次测量，测量分布点如图1.12所示，分别在激光层，以及母材进行5次测量，确保数据测量的普遍性和准确性，每个测量区域内的两个点的距离间隙为0.03mm，共测量了6块试样，一共测量了30次。数据足够多保证了其准确性，最大程度上减小了误差。采用金刚石压头进行测量。表4-11号试样显微硬度测量/HV1号试样显微硬度淬火层母材1735.4243.42683.3256.23705.4231.34721.5221.75712.5219.5440Cr激光淬火层性能研究图1.131号试样显微硬度试验1的焊接工艺参数为激光器功率1300W，扫描速度5mm/s，见表4-2，激光淬火层平均显微硬度为711.3HV，母材平均维氏显微硬度为229.2HV。从图1.13中可以看出，但是整体的硬度有所提升。可能与其局部组织性能的有所差异，但稳定在700HV左右。表4-23号试样显微硬度3号试样显微硬度淬火层母材1792.3201.52812.7197.53827.4195.34817.5201.35801.4199.7图1.143号试样显微硬度3号样品激光层的工艺参数如下：激光功率1500W，激光扫描速度6mm/s，见表4-2淬火层平均显微硬度值比1号试样的值高出好多，而淬火层的显微硬度率低于1号试样的显微硬度值。从图1.14可以看出有个别的测试点使得硬度波动，说明在试样的某些部位硬度产生了跳动，这同样和试样局部组织相关。表4-34号试样显微硬度4号试样显微硬度淬火层母材1803.4196.42815.7199.33826.5195.84835.4189.35827.7185.4图4-154号试样显微硬度3号试样中的淬火层工艺参数设定为激光功率1500W，激光扫描时间设定为7mm/s。从表4-3中可以看出淬火层的显微硬度变化较2号试样并不大，淬火层显微硬度也较1号试样变化不大。跟图1.15很明显，样品4的微管硬度总体上有所提高，但比较1，2号试样来说提升并不大。440Cr激光淬火层性能研究表4-46号试样显微硬度6号试样显微硬度淬火层母材1828.3197.62819.5191.13812.8201.54801.1199.75799.6190.3图1.166号试样显微硬度从表4-4能直观反映出激光淬火层的平均显微硬度远高于4号试样平均显微硬度，而淬火层的平均显微硬度无突出变化。从图1.16可以反映出淬火层硬度虽有个别显微硬度明显，但整体显微硬度较高。综合4块试样的显微硬度大致走向，当激光扫描速度为6~7mm/s，时淬火层的显微硬度比平均硬度高约800HV。扫描速度可以提高淬火层的硬度。材料的坚韧性和硬度代表其在热力学作用下所产生的对于塑性变形的耐受力。它既是检测材料稳定性的重要技术指标，又是测定激光淬火后物体固化效果的主要测量参数。如果其硬度不完全满足工艺的要求则可能意味着激光淬火尚未实现强化其表面的目标，就需要更换其工艺参数或者采用新的工艺手段。强化层的硬度主要包含了硬化层在表面上的硬度和截面上的硬度。硬度的改变可以直接反映在使用激光淬火之后的实际淬火效果，它也是激光淬火最重要的技术标准。1.4淬火层的表面硬度1.1.1洛氏硬度计图1.17数显洛氏硬度计如图1.17，该硬度计操作简单，在实验前，可以先用标准试样测量表面硬度，实验载荷为1471N，保温时间5s，开始测量时只需转动手柄至数显屏幕上的数值大约至570HRC左右，随后硬度计自动测量出硬度值，如图1.18所示。图1.18洛氏硬度计PAGE781.1.2表面洛氏硬度激光功率1800W，激光扫描速度6mm/s的复合淬火层进行表面洛氏硬度测量。对其淬火层，以及母材表面洛氏硬度测量，得出复合淬火层表面平均洛氏硬度。实验号淬火层母材149.923252.2253