热作模具激光仿生熔凝及合金化修复研究

【摘要】热作模具的失效形式有冲蚀、磨损、破裂、坍塌以及热疲劳，其中热疲劳是主要失效形式之一，极大制约着热作模具的使用寿命。因为热作模具的工作环境非常恶劣，模具表面承受着冷热循环交替过程产生的应力作用，当温度升高时会产生压应力和压应变，温度降低时产生拉应力和拉应变。我国的热作模具与国外还有很大的差距，最大差距就是模具的使用寿命。为了提高热作模具的使用寿命，本文通过探索生物体的止裂抗疲劳机制，提出了仿生耦合止裂抗疲劳模型。采用激光熔凝技术，在预制有热疲劳裂纹的H13钢试样表面制备修复止裂单元体对其进行修复和强化，考察了仿生耦合修复试样的抗热疲劳性能。具体分析了仿生耦合单元体形状（点、条纹、网格）及其特征量对试样抗热疲劳性能的影响规律，探讨相关机理。为了进一步提高单元体的热疲劳性能，采用激光合金化手段强化单元体，合金粉末是Co50和Fe30A，研究了合金强化单元体对修复后试样康热疲劳性能的影响规律，并探讨相关机理。研究结果表明，熔凝仿生耦合单元体组织由高度细化的马氏体和残余奥氏体构成，不仅具有优良的抗热疲劳裂纹萌生能力，而且能够有效抵抗裂纹扩展，使得熔凝仿生耦合修复试样的抗热疲劳性能。激光合金强化单元体由于在成形过程中添加了合金粉末，在材料表面发生了物理和化学反应，使材料的化学成分和组织结构都发生了改变，在保持了熔凝单元体高度细化特征基础上进一步得到强化。激光合金化仿生耦合修复试样与熔凝修复试样相比具有较高的抗热疲劳性能，其中Co50合金强化试样的抗热疲劳性能最高。
【作者】刘星雨；
【导师】周宏；卢宝胜；
【作者基本信息】吉林大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】热作模具钢；热疲劳裂纹；仿生；激光；合金化；

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