1 引言 為了適應(yīng)熱作模具惡劣的環(huán)境，提高使用壽命，除了要求熱作模具鋼本身應(yīng)具有高的韌性和塑性、小的熱膨脹系數(shù)和好的導(dǎo)熱性等優(yōu)異的力學(xué)性能和使用性能外，特別對于與工件直接接觸的模具表面更應(yīng)具有高的熱強(qiáng)度、良好的抗回火性，因此，傳統(tǒng)的采用各種(氮、碳、硫等)溶滲以及PVD工藝來提高模具的使用壽命，有較好的效果，但在熱作模的工況條件下，改性層表面較薄，而且容易發(fā)生氧化、剝落而導(dǎo)致失效，最好的解決辦法就是在模具材料表面涂覆硬膜，采用激光熔覆技術(shù)可以有效的引人諸如WC等高溫硬質(zhì)合金熔覆層，并且與基體形成冶金結(jié)合，同時獲得良好耐磨性。 H13 ( 4Cr5MoSiV1)鋼是國際廣泛應(yīng)用的一種空冷硬化熱作模具鋼。本文在H13表面通過寬帶激光熔覆工藝制備超細(xì)的碳化鎢(如圖1所示碳化鎢粉末平均粒徑約為200nm)合金熔覆層，并分析了熔覆層的微觀組織結(jié)構(gòu)、硬度、耐磨性和殘余應(yīng)力。 圖1 超細(xì)WC粉末SEM照片2 試驗(yàn)材料及工藝方法 基體材料為回火態(tài)的H13鋼，試樣尺寸為100mm* 50mm * 20mm，其化學(xué)成分如表1，實(shí)驗(yàn)前對試樣表面打磨，然后用無水乙醇清洗。 將超細(xì)WC與一定量自行配制的含Cr, Fe, Si等元素的粉末一起加人到吸光涂料中，用超聲波對溶液進(jìn)行一個小時的均勻化處理后，涂覆約0. 2mm厚的薄層在試樣的表面上，然后吹干。 用氫氣作為保護(hù)氣體，并將氣體保護(hù)裝置固定在激光聚焦鏡上，隨鏡頭移動，實(shí)時對熔池進(jìn)行氣體保護(hù)，采用最大功率為7 kW的連續(xù)CO。激光器，在光斑尺寸為9*2mm2，掃描速度為0.25~0.40m/min，功率為2~3kW的激光工藝參數(shù)條件下對試塊表面進(jìn)行激光處理。 制備好試樣，用HXD-1000型顯微硬度計、WM-2002型摩擦磨損實(shí)驗(yàn)儀、Hitachi S-4700(II)型場發(fā)射掃描電子顯微鏡、Thermo NORAN VAN-TAGS EIS能譜儀、Thermoarl-SCINTAGX TRAX型X射線衍射儀和Sartorius-BS21S型電子天平(精確到0.Olmg)分別對硬度、耐磨性、表面形貌、元素分布、微觀結(jié)構(gòu)、物相以及失重等進(jìn)行檢測和分析。采用X-350A型X射線應(yīng)力測定儀進(jìn)行熔覆層殘余應(yīng)力分析。 3 試驗(yàn)結(jié)果及分析 3. 1宏觀形貌及殘余應(yīng)力 如圖2所示為采用光斑尺寸為9*2mm，激光熔覆工藝制備的超細(xì)WC熔覆層表面和截面的試樣掃描照片。從圖2A處為金相砂紙打磨以及B處為激光處理后的原始表面形貌，可以看出熔覆層表面平整光滑，且沒有裂紋氣孔出現(xiàn)，熔覆層截面可以分為四個區(qū):熔覆層、過渡區(qū)(熔覆層與熱影響區(qū)的交界)、熱影響區(qū)和基體;熔覆層的厚度約為0. 4mm. 圖2 激光熔覆層WC的宏觀形貌為了獲得較大面積熔覆層，試驗(yàn)過程我們采用了搭接的辦法，從圖2中也可看出搭接地方熔覆層過渡自然，這對于需要大面積強(qiáng)化的模具表面具有重要意義。 用X-350A型X射線應(yīng)力測定儀來測定其表面殘余應(yīng)力。應(yīng)力測量方法為側(cè)傾固定動法，定峰方法為交相關(guān)法，Cr靶Kα特征輻射，時間常數(shù)1. 5s,階梯掃描步進(jìn)角0. 1