2 實(shí)驗(yàn)分析
2.1合金化層顯微硬度分析
表面硬度的提高有利于提高材料的抗磨損性能。圖1是40Cr經(jīng)激光合金化處理后處理層的顯微硬度分布曲線。工藝參數(shù)為：預(yù)涂合金粉厚度為0．4mm，激光功率2kW，激光掃描速度300mm／min，單道掃描。由圖1可知，試樣激光處理最表層硬度達(dá)HV876，處理層顯微硬度由表及里呈梯度下降，表明激光合金化處理后，顯微硬度大幅度提高。
激光熱處理后的馬氏體具有更高的位錯(cuò)。由于馬氏體本身硬度的提高，馬氏體細(xì)化以及很高的位錯(cuò)密度，激光相變后的馬氏體具有較高的硬度。
在激光能量密度足以使表面熔化的前提下，隨著激光掃描速度的增加，合金化層和熱影響區(qū)的硬度都明顯增加。當(dāng)掃描速度增加到某一值時(shí)，表面溫度不足以使材料熔化，表面沒(méi)有生成高硬樹(shù)枝晶，而熱影響區(qū)的溫度仍足以保證相變硬化。
2.2 合金化層耐磨損試驗(yàn)
采用相對(duì)耐磨性的方法來(lái)評(píng)定材料的耐磨性，在一定程度上可以避免在磨損過(guò)程中由于參量變化及測(cè)量誤差造成的系統(tǒng)誤差，可以更科學(xué)而精確地評(píng)定材料的磨損性能。用精度為十萬(wàn)分之一的電子天平來(lái)測(cè)量磨損前后的質(zhì)量變化，對(duì)磨損量進(jìn)行精確測(cè)定，每次稱(chēng)量前試樣均用丙酮清洗。
為分析激光合金化螺桿的耐磨性能，進(jìn)行了盤(pán)銷(xiāo)式磨損對(duì)比試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)試樣取自未經(jīng)激光處理的部分，試驗(yàn)試樣取自經(jīng)激光合金化處理的部分。磨損對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如及表2所示。
由表2可知，激光合金化后螺桿的相對(duì)磨損性ε相為0．449，即耐磨性比滲氮處理增強(qiáng)了2．2倍，從而可延長(zhǎng)其使用壽命。
經(jīng)觀察，激光合金化處理后的磨損面，一些硬質(zhì)相如WC，MC的存在，犁皺較窄，陶瓷相WC是主要的抗磨相，對(duì)合金化層的耐磨性有很大貢獻(xiàn)。一Co在發(fā)生塑性變形時(shí)，可以引起面心立方向密排六方馬氏體轉(zhuǎn)變，密排六方具有較小的摩擦系數(shù)與較小的粘著傾向性，對(duì)提高粘著磨損有利，反應(yīng)在磨面上是均勻的、細(xì)膩的。基體金屬的磨面，犁皺寬大，磨削
除向溝槽邊沿?cái)D壓外，還有相當(dāng)一部分被拖泄下來(lái)，甚至還發(fā)現(xiàn)有鱗片狀的尚未剝落的大塊折皺，說(shuō)明磨損過(guò)程中次表面發(fā)生了較大的彈塑性變形。
3 結(jié)論
(1)40Cr的主要失效方式是粘著磨損和腐蝕磨損，激光合金化是改善螺桿表面質(zhì)量、提高耐磨性的有效方法。
(2)合金材料的添加方式為預(yù)涂法，預(yù)涂層的厚度對(duì)激光合金化質(zhì)量的影響較大。當(dāng)預(yù)涂層厚度為0.4mm時(shí)，表面硬度最高可達(dá)HV876，此時(shí)激光合金化效果最佳。
(3)利用C2超細(xì)合金粉(1～5μm)和具有良好的抗粘著磨損的Al超細(xì)合金粉(1～μxm)及納米碳管混合合金(質(zhì)量比為1：1：1)作為合金材料，使合金化層合金元素得以高度彌散均勻分布，采用優(yōu)化的激光工藝參數(shù)，在工件表面獲得了優(yōu)良的合金化層，合金層的耐磨性提高了2．2倍左右?，F(xiàn)場(chǎng)裝機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)激光合金化強(qiáng)化后的螺桿使用壽命至少提高了2倍以上。
