金属线材拉拔卷筒激光表面合金化关键技术研究

针对目前金属线材拉拔卷筒成本高、耐磨性不足的缺点，本文从材料合金化原理出发，综合考虑了激光合金化过程中熔化与凝固的特点以及基材与粉末的物理化学特性，采用 5kWCO2 窄带激光在不同工艺参数下对基材为 40Cr 钢的金属线材拉拔卷筒进行 Mo 粉激表面光合金化处理，并对合金化层组织和性能进行研究。在最佳工艺条件下，在合金化粉末中添加不同含量稀土氧化物 Y2O3，研究Y2O3 对激光合金化层组织与性能的影响。 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、显微硬度计和磨损试验机等分析手段，对激光合金化层的组织与性能进行研究。结果表明：当激光合金化的工艺参数为：功率 P=2.0kW，扫描速度 V=6mm/s，焦距 f=315mm，搭接率为 d=40%，获得的合金化层具有良好的组织和性能，组织较细小均匀，硬度高且与基体实现了良好的冶金结合。 微观分析表明：金属线材拉拔卷筒经过激光合金化处理后，合金化层断面整体形貌为“月牙状”，组织为细小的胞状晶和枝晶混合组织。合金化层组织从表面到基体可分为合金化区、过渡区（或者叫结合区）、热影响区和基材四部分。合金化层除了基体相α-Fe 外，同时还包括 MoC、Mo2C、Cr3Mo、Cr7C3 和 Fe2MoC等相。基体的显微硬度为 Hv350 左右，合金化层的平均硬度可达到 Hv880，比基材提高了将近 3 倍。经过合金化以后，合金化层的耐磨性能和抗高温氧化性能得到很好的改善。 在·合金化粉末中添加 Y2O3 可以明显改善合金化层的组织和性能，但对合金化层的相组成影响不大。当 Y2O3 添加量在 0～2.5wt.%变化时，随着 Y2O3 含量的增加，合金化层组织逐渐变细，当 Y2O3 含量在 1.5wt.%时, 合金化层组织最细，然而当 Y2O3 含量大于 1.5wt.%时，合金化层组织随着 Y2O3 含量的增加而变粗大。Y2O3 添加量为 1.0wt.%时，合金化层具有最高的硬度和耐磨性。