摘要：为了研究提高热作模具钢（H13）使用寿命的方法，本文利用激光熔覆工艺在其表面制备WC/Co复合涂层。使用扫描电镜、X射线衍射仪对复合涂层的显微组织和物相分布情况进行了研究。利用洛氏硬度计对复合涂层的硬度进行了测试。利用电阻炉对熔覆层的热疲劳性能进行了测试。

   实验结果表明：熔覆层由共晶、树枝晶和等轴晶以及弥散分布的WC颗粒组成。主要包括γ-Co、WC、W2C和Co3W3C等相。熔覆层的洛氏硬度随着WC含量的增加而增加，相比H13钢的硬度（61HRA）有明显的提升。Co包WC/Co熔覆层要比WC/Co熔覆层的热疲劳性能好。

关键词  激光熔覆  热作模具  钴基复合材料  热疲劳

毕业设计说明书外文摘要

Title Preparation of WC/Co composite coating by laser cladding and Study on its fatigue resistance                      

Abstract：In order to improve the service life of hot work die steel (H13), the WC/Co composite coating was prepared on the surface of the alloy by laser cladding. The microstructure and phase distribution of the composite coating were investigated by scanning electron microscope and X ray diffractometer. The hardness of the composite coating was tested by Rockwell hardness tester. The thermal fatigue properties of cladding layer were tested by resistance furnace.

The experimental results show that the cladding layer is composed of eutectic, dendritic and equiaxed grains and dispersed WC particles. Mainly include γ-Co, WC, W2C and Co3W3C phases. The Rockwell hardness of the cladding layer increases with the increase of WC content, and the hardness (61HRA) of the H13 steel is obviously improved. Co cladding WC/Co coating has better thermal fatigue property than WC/Co cladding layer.

Keywords  laser cladding   hot-working die   cobalt based composite   thermal fatigue  

目   次

1  绪论 1

1.1  模具的失效 1

1.2  激光熔覆在模具表面强化中的应用 1

1.2.1  模具表面强化技术 1

1.2.2  激光表面强化技术 1

1.2.3  激光表面熔覆技术 2

1.3  激光熔覆粉末材料 4

1.3.1  激光熔覆材料 4

1.3.2  WC/Co基合金复合材料 5

1.4  本课题的研究内容 5

2  实验过程及方法 6

2.1  实验材料 6

2.1.1  基体材料 6

2.1.2  熔覆层粉末材料 6

2.2  实验设备 7

2.2.1  激光成形设备 7

2.2.2  其他实验设备 8

2.3  实验步骤 8

2.4  实验方法 9

2.4.1  激光熔覆实验 9

2.4.2  熔覆层的组织和XRD分析 10

2.4.3  熔覆层的硬度和抗热疲劳分析 11

3  实验结果分析 12

3.1  确定激光熔覆工艺参数 12

3.1.1  利用正交实验分析并选择单道熔覆最佳工艺参数 12

3.1.2  确定激光多道熔覆搭接率 16

3.2  激光熔覆层的显微组织 16

3.3  激光熔覆层的XRD分析 19

3.4  激光熔覆层的洛氏硬度分析 20

3.5  激光熔覆层的抗热疲劳性能分析 22

结论 27

致谢 28

参考文献 29

1  绪论

1.1  模具的失效

   模具作为基础的发展领域，产品涉及制造业各个领域。我国拥有丰富的劳动力资源，也就决定了我国的模具市场潜力大，我国将会成为模具制造大国[1]。然而现在我国模具制造业出现的问题是：低端产品产量大需求少，高端产品产量小但需求大。要想解决这种问题必须从供给侧改革入手，具体的做法就是提高模具产品的质量、使用寿命以及提出新的模具构想。

   H13钢（牌号4Cr5MoSiV1）作为本课题研究的模具钢，其在国际上有广泛的应用[2]。热作模具钢在工作时承受急剧温度变化和外应力，工作条件十分恶劣，这就对其的模具质量要求很高，我国在“十二五”规划中也明确提出要生产低成本、高寿命的热作模具钢。为了调高模具产品的寿命，最直接的方法就是提高模具产品的质量。