采用激光熔覆技术在斜齿轮钢表面制备Fe基熔覆层。通过光学显微镜、显微硬度计对熔覆层进行金相组织与显微硬度分析, 采用磨损机对熔覆层和基材进行摩擦实验。结果表明:当激光功率为750W, 送粉速率为20g/min, 扫描速度10mm/s, 离焦量为16.4mm时, 铁基熔覆层与基体结合界面有明显的白亮带, 激光熔覆效果较好, 熔覆层的显微硬度值分布在845.3HV至955.6HV之间, 约为基体硬度(419.7HV)2倍; 熔覆层摩擦磨损性能得到了提高; 熔覆层显微组织为均匀而细小的铁素体和珠光体, 力学性能优于基体材质。

利用激光熔覆的方式将Lc-Sr-31(Fe基)合金粉末堆积在高速列车制动盘铸钢材料表面,以获得具有抗高温氧化性能的Fe基合金熔覆层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等研究了熔覆层在650 ℃高温下经历不同氧化时间后的氧化膜组织及物相组成,进而得出该涂层体系抗高温氧化腐蚀的机理。结果显示:所制备的Fe基熔覆层与基体材料呈冶金结合状态,且无裂纹、气孔等缺陷;在650 ℃下连续静置100 h后,熔覆层表面形成了致密的Cr2O3和SiO2氧化膜,氧化增重现象不明显;当高温氧化时间延长至200 h后,熔覆层表面出现了较多不连续的FeCr2O4尖晶石氧化物,为基体材料提供持续的抗氧化能力。

利用激光成型技术制备了Fe基合金样品,研究了激光扫描速度对成型的Fe基合金组织与晶化行为的影响。结果表明,在一定激光功率下,随着扫描速度的增大,熔化区和热影响区内均发生了大面积的晶化,熔化区内的析出相的形貌和尺寸未发生明显的变化,而热影响区内的析出相的尺寸不断减小。采用Marc有限元软件模拟了激光快速成型过程,得到了各扫描速度下合金的熔化区和热影响区内的热循环曲线,分析了Fe基合金未能获得非晶相的原因。

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能, 以Cr12MoV作为基体材料, 利用2 kW半导体激光器, 以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相; 用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度, 用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响, 确定了最优化工艺参数。实验结果表明, 使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为: 激光功率为1.2 kW, 扫描速度为720 mm/s, 送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下, 熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷, 且显微硬度和耐磨性能得到显著提高, 最高硬度达921 HV0.2, 熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%, 明显高于基体的硬度和耐磨性, 这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。