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本课题对TA2与40Cr钢进行了激光焊接试验,分析了接头中添加过渡层金属后,TA2与40Cr钢的焊接性,从而确定以金属V、Cu组成复合过渡层,其中V的厚度为0.3mm~0.7mm、Cu的厚度为0.5mm~1.5mm。研究复合过渡层的不同厚度组合及不同激光焊工艺参数对接头组织和性能的影响。通过光学显微镜、扫描电镜、XRD等分析测试手段对接头的组织、断口形貌和物相进行分析,通过抗拉强度和显微硬度测试对接头的力学性能作出评价。
采用ANSYS软件对TA2/40Cr钢添加0.3mmV/1mmCu过渡层金属与添加0.7mmV/1mmCu过渡层金属的激光对焊的温度场和应力场进行数值模拟,并通过实测残余应力对模拟结果进行验证。研究结果表明:在TA2/40Cr钢对接接头中加入0.5mmV/0.5mmCu复合过渡层金属后进行激光焊接,无法实现TA2与40Cr钢的可靠连接,接头焊后即发生开裂,断口处有脆性Ti-Cu系列化合物,但未发现Fe-Ti间脆性化合物。当复合过渡层中的V层厚度保持0.5mm不变,而Cu层厚度由0.75mm增至1.5mm时,接头强度先增加后降低,激光功率在TA2侧为2.9KW、40Cr钢侧为2.7KW,复合过渡层为0.5mmV/1mmCu时强度 ,达到了251MPa。当复合过渡层中的Cu层厚度保持1.0mm不变,而V层厚度在0.4mm以下时,工艺上很难实现TA2与40Cr钢的可靠连接,接头强度波动很大;当V层厚度为0.7mm、
以WC、Ti C、Co和Co50合金粉末为原料,通过设计不同的成分配比,在40Cr刀具钢表面激光熔覆了WC/Co、WC/Co50和WC-Ti C/Co50钴基碳化物复合涂层。借助XRD、OM、SEM和EDS等表征手段分析了粉末成分配比和激光熔覆工艺参数对刀具表面复合涂层物相结构、宏观形貌和微观组织的影响。结果表明,当激光功率为4.2 k W,扫描速度为350 mm/min时,制备的WC/Co50和WC-Ti C/Co50复合涂层表面形貌良好,平整连续且无宏观裂纹。硬度测试和摩擦磨损试验表明,复合涂层具有高的硬度和良好的耐磨性, 显微硬度达到1211 HV0.2, 磨损失重2.1 mg,分别为基材的3.03倍和34.4%。熔覆层中大量存在的WC、Ti C以及原位自生的W2C、Fe3W3C等碳化物增强相对提高复合涂层的硬度和耐磨性起到了主要作用。
研究了渗硼温度、保温时间、供硼剂含量和稀土氧化铈含量对40Cr钢渗层厚度及组织和硬度的影响。结果表明,随渗硼温度升高、保温时间延长,40Cr钢表面渗层厚度增大;随碳化硼加入量的增加,渗层厚度在渗硼剂中含1%B4C和5%B4C时出现两个极大值点;适量的稀土氧化铈可以促进硼的渗入,过多的稀土氧化铈的加入反而不利于渗层厚度的增大。稀土氧化铈的加入能够改善渗层的组织,渗硼层硬度亦有所提高。
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