激光辐照区中心温度对高速钢刀具熔覆WC/Co陶瓷层裂纹与组织的影响

目的 研究M2高速钢刀具表面激光熔覆WC/Co陶瓷层的辐照区中心温度对熔覆层边界裂纹、组织的影响规律与裂纹产生机理.方法 采用IPG光纤激光器在M2高速钢刀具表面制备WC/Co陶瓷熔覆层,对多因素激光工艺参数进行耦合,用刀具基体表面辐照区的中心温度(T)和作用于单位质量粉末的中心温度(η)对熔覆层进行分析.运用显微硬度计、SEM、EDS等手段表征熔覆层的宏观形貌、显微硬度与组织.结果 T小于3535 K时,熔覆层通常表现为单边裂纹;T达到4329 K时,熔覆层裂纹长度及宽度成倍增加并沿结合线的方向扩展;T达到5009 K以上时,熔覆层纵向贯穿裂纹数量增加,熔覆层内部开始出现大面积的组织缺陷.η小于19884 K/g时,熔覆层最高硬度数值与其近乎成等比增长趋势,熔覆层主要由WC胞状晶、W2C枝晶为主要强化相的不规则组织构成;η为19884 K/g时,熔覆层最高硬度为1400HV;η达到19884 K/g以上时,熔覆层最高硬度值逐渐下降,熔覆层组织继续长大并开始团聚,逐渐形成以WC为主要强化相的块状组织结构;η超过23614 K/g时,熔覆层左右边界结合区出现比较明显的富WC陶瓷层.结论 在辐照区中心温度小于3535 K时,WC/Co陶瓷层内裂纹可以较为稳定地控制在熔覆层边界处.裂纹的源头多在熔覆层与基体结合的左右边界处,随着中心温度升高,裂纹沿熔覆层结合线方向扩展延伸.作用于单位质量粉末的中心温度对陶瓷熔覆层最高显微硬度的影响最为明显.η较低时,激光温度梯度与熔凝速度之比对陶瓷熔覆层的组织形态和硬度影响更大;η较高时,冷却速度对陶瓷熔覆层的组织形态和硬度影响更大.陶瓷熔覆层边界裂纹的产生和扩展与熔覆层和基材的物性参数差异、温度梯度变化、基材翘曲变形、陶瓷相分布情况有关.