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1、激光重熔对对50CrrMoV钢钢放电强化化表面组织织与性能的的影响乔桂英肖肖福仁摘要：用用透射电镜镜和X-射射线衍射研研究了激光光重熔对550CrMMoV钢脉脉冲放电强强化层组织织与性能的的影响，结结果表明：激光重熔熔可使放电电表面强化化层的硬度度进一步提提高。硬度度提高的原原因是激光光超细化组组织及高密密度位错和和一定量的的碳化物所所致。关键键词：激光光重熔放放电强化组织硬硬度Effecct off Lasser CCladdding on MMicroostruucturreandd Proopertty off Pullse DDischhargee EnhhanceedSurrface
2、e Layyer oof Stteel 50CrrMoVQiao Guiyying and Xiaoo Furren(MMaterrial and Chemmistrry Innstittute, YannshannUnivversiity, Qinhhuanggdao 0660004)Abstrract：The effeect oof laaser cladddingg on micrrostrructuure aand ppropeerty of ppulsee disscharrge eenhannced surfface layeer off steeel 550CrMMoV hhas
3、 bbeen studdied by mmeanss of trannsmisssionn eleectroon miicrosscopee andd x-rray ddiffrractiion mmethood. TThe rresullts sshoweed thhat tthe hhardnness of ppulsee disscharrge eenhannced layeer waas immprovved bby laaser cladddingg to formm nannometter ccrysttal mmicroostruucturre, hhigheer deensit
4、ty diisloccatioon annd deefiniite ccarbiides.Mateeriall Inddex：Laseer Clladdiing, Discchargge Ennhanccing, Miccrosttructture, Harrdnesss放电强强化作为一一种表面强强化的手段段得到一定定的作用1，2，然而放放电强化层层较薄，强强化层的均均匀性和致致密性较差差，因此影影响了其强强化的效果果。随大功功率激光器器的出现，激激光表面处处理在工业业生产取得得广泛的应应用3。近年来来，有关激激光熔覆WWC/Coo(Ni)和TiCC/Ni(Co)合合金的研究究较多44，5，广
5、广泛采用的的是人工或或机械涂刷刷粉末的方方法。本工工作采用脉脉冲放电的的方法，在在50CrrMoV钢钢表面预涂涂一层硬质质合金硬化化层，研究究激光重熔熔对脉冲放放电强化层层的影响，以以进一步提提高脉冲放放电表面强强化性能。1试验材材料及方法法基体材料选选用50CCrMoVV钢。在基基体材料表表面采用脉脉冲放电的的方法形成成20mm左右厚的的预涂层，然然后进行激激光处理。脉脉冲放电试试验在自行行研制的晶晶体脉冲电电源加管旋旋转电极强强化试验机机上进行，采采用YG88合金为电电极材料，工工作条件为为：占空比比为9:11；电压为为180VV;强化时时间为8mmin/ccm2；介质为为空气。激激光处理
6、在在2kW连连续CO22激光器上上进行。束束斑直径DD=5mmm;功率PP=60001 5500W;扫描速度度v=10025mmm/s；N2保护。在D/MMAX-rrB型X射射线衍射仪仪上进行物物相分析。在在H-8000型透射射电子显微微镜上对硬硬化层表面面微观组织织进行分析析。试样经经单面机械械减薄至00.04mmm后，采采用电解双双喷减薄。电电解液为110%高氯氯酸酒精溶溶液，抛光光条件为电电压50VV，电流990mA。2试验结结果与分析析2.1放放电强化层层的组织与与性能50CrrMoV钢钢经放电强强化后的表表面硬度与与层深的关关系如图11所示。经经放电强化化后的表面面硬度可达达HV0.
7、11 3300以上上，硬化层层与基体之之间无过渡渡层。放电电强化层的的金相组织织如图2所所示。可见见在基体表表面形成了了约35m的白亮亮层，白亮亮层与基体体的界面清清晰，无明明显的扩散散层，这与与硬度测试试结果相一一致。XRRD分析结结果表明，表表面白亮层层的相组成成为大量MM6C、W2C及少量WWC碳化物物，由于大大量碳化物物存在使表表面硬度高高达HV00.11 300以以上。图1放电电强化层的的硬度Fiig.1Harddnesss of pulsse diischaarge enhaancedd layyer图2放电电强化层的的组织Fiig.2Micrrostrructuure oof p
8、uulse discchargge ennhancced llayerr2.2激激光处理对对放电强化化层硬度的的影响图3给出出了激光处处理工艺参参数对脉冲冲放电涂层层表面硬度度的影响。可可见随工艺艺条件的不不同，在PP=1 2200 WW、V=118 mmm/s时，表表面硬度达达到极大值值。这与激激光能量输输入大小对对表面合金金化的程度度及显微组组织的影响响有关。图3激光光处理与强强化层硬度度的关系FFig.33Rellatioon beetweeen laaser cladddingg andd harrdnesss off enhhanceed laayer2.3激激光处理对对放电强化化层
9、组织的的影响放电涂层层经激光重重熔后，横横截面呈月月牙形，月月牙的厚度度随激光功功率等参数数不同而不不同。与放放电强化层层相比，硬硬化层深明明显增大，且且与基体之之间存在较较宽的扩散散冶金结合合层。金相相分析结果果表明，硬硬化层表面面组织为隐隐晶马氏体体+碳化物物，而且随随激光功率率的增大，碳碳化物有减减少的趋势势。XRDD分析结果果表明，经经激光重熔熔后表层相相组成主要要为相相和相及及少量碳化化物相。碳碳化物的种种类也发生生变化，主主要为WCC相。随激激光功率的的增大，碳碳化物的数数量减少，另另外残余奥奥氏体量也也有所变化化。图4给给出了不同同工艺条件件下的相(1110)的衍衍射峰。可可见随
10、激光光功率及扫扫描速度的的不同，衍衍射峰的位位置和半高高宽也不同同。在P=1 2000W,VV=18 mm/ss时，衍射射峰峰位向向低角偏移移量最大，而而衍射峰的的半高宽也也达到极大大值。衍射射峰位置的的变化与合合金的固溶溶度有关6；半半高宽的变变化与微晶晶尺寸及微微观畸变有有关6。衍射峰峰的这种变变化表明此此时强化层层的固溶度度最大，微微晶尺寸最最小，微观观应力和位位错密度最最大，强化化效果最大大，即表面面硬度最高高，这与硬硬度测定结结果相一致致。图4激光光重熔表层层(1110)衍衍射峰Fiig.4Difffracttion peakk of pphasee (1110) oof laase
11、r cladddingg layyerTEMM观察结果果表明，经经激光处理理的放电涂涂层的组织织为位错马马氏体和孪孪晶马氏体体的混合组组织(图55a、b)，但只在在极少的区区域出现这这种典型的的位错马氏氏体和孪晶晶马氏体，绝绝大部分区区域组织特特征不明显显，但组织织极为细化化，有未溶溶碳化物存存在，碳化化物的数量量和尺寸随随激光功率率的增大而而减小，而而且在亚晶晶界有极小小的碳化物物存在(图图5c)，使使材料得到到强化。在在较低功率率条件下，与与基体组织织明显不同同的区域内内存在较多多的碳化物物(图5dd)，分析析认为是放放电强化层层中的组织织在激光重重熔过程中中未完全熔熔化而保留留下来的放放
12、电强化层层组织。图5激光光重熔表层层的TEMM分析结果果(a) 位错马氏氏体； (b) 孪孪晶马氏体体； (cc) 亚结结构； (d) 碳碳化物Fiig.5TEM morppholoogy oof laaser cladddingg layyer sstruccturee(a) disslocaationn marrtenssite,(b) twinn marrtenssite,(c) subggrainn,(d) carrbidees3讨论在放电强化化过程中，电电极材料YYG8在钢钢的表面形形成以含WW的高硬度度碳化物硬硬化层，使使基体材料料表面得以以强化，但但因放电作作用时间极极短，强化化
13、层无明显显的过渡层层，硬度梯梯度极陡峭峭。该层在在激光处理理过程中与与基体表面面层熔融使使基体表面面合金化。互互熔的结果果使强化层层中碳化物物的数量减减少，但基基体表面层层的合金元元素的含量量增加，强强化层加厚厚，并形成成较大的过过渡层，使使硬度梯度度降低。在激光光重熔的过过程中，熔熔池及合金金化程度的的大小取决决于激光输输入的能量量及作用时时间。在功功率较低的的条件下，碳碳化物溶解解量少(图图5d)，合合金化程度度弱，对放放电强化层层强化效果果改变不显显著；当激激光能量过过大，碳化化物的溶解解量增大，熔熔池也相应应增大，熔熔池的稀释释作用增强强，熔池中中的合金元元素含量降降低，其强强化效果也
14、也较低。因因此，达到到最佳的强强化效果需需要合理地地选择激光光重熔的工工艺参数。由由于激光加加热冷却速速度快，加加之N2的辅助冷冷却作用，使使表面层形形成超细化化组织。而而且，激光光重熔后的的组织中，仍仍存在的未未溶碳化物物可作为非非均匀形核核的核心，进进一步细化化结晶组织织。尽管碳碳化物的含含量有所减减少，但组组织中细小小的亚晶及及在亚晶界界处分布着着细小的碳碳化物对变变形的阻碍碍作用，仍仍使硬度明明显升高。试试验得出，激激光重熔后后的硬度与与衍射峰的的半高宽有有良好的对对应关系，即即微晶尺寸寸减小、位位错密度和和微观畸变变增加使硬硬度增加。这这与文献7及过过去的结果果相一致8。4结论(1)
15、 550CrMMoV钢脉脉冲放电强强化涂层经经激光重熔熔后，表面面硬度可进进一步提高高。本试验验最佳的激激光处理工工艺为激光光功率P=1 2000 W;扫描速度度V=188 mm/s，表面面硬度可达达HV0.11 6600 以以上。(2) 激光重熔熔后，硬度度提高的原原因是组织织的超细化化、高位错错密度及分分布在亚晶晶界的细小小碳化物。作者简介：乔桂英，女女，32岁岁，工程师师。19992年毕业业于燕山大大学金属材材料专业(硕士)。从从事金属材材料研究。作者单位：乔桂英(燕山大学材料化工学院，秦皇岛 066004)肖福仁(燕山大学材料化工学院，秦皇岛 066004)参考文献：1彭其其风，刘大大
16、桑等.电电火花放电电强化.金金属热处理理，19883，(77)：1222刘刘益武.金金属表面的的电火花强强化法.金金属热处理理，19779，(77)：1773孙孙阳智.激激光硬化金金属表面.激光杂志志，19887，8(4)：226544张松松，张春华华，谭朝鑫鑫.鼓风机机叶片激光光熔覆的应应用研究.中国激光光，19995，222(5)：3955裴宇宇韬，孟庆庆昌，雷廷廷权.激光光熔覆TiiCp/NNi合金复复合涂层中中TiC颗颗粒的溶解解析出行为为与分布特特征.中国国激光，11995，222(122)：93356何崇智，郗郗秀荣，孟孟庆恩等.X射线衍衍射实验技技术.上海海：上海科科学出版社社，19888，1661，28837刘宁，卞卞承艺，施施家山.WW6Mo55Cr4VV2钢激光光硬化的估估算.金属属热处理学学报，19993，114(1)：318沈德德久，乔桂桂英，郑启启光等.550CrMMoV钢脉脉冲放电涂涂层的激光光重熔.复复合材料学学报，19997，114(4)：61