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，表面沒有生成高硬樹枝晶，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)耐磨性的方法來評(píng)定材料的耐磨性，在一定程度上可以避免在磨損過程中由于參量變化及測量誤差造成的系統(tǒng)誤差，可以更科學(xué)而精確地評(píng)定材料的磨損性能。用精度為十萬分之一的電子天平來測量磨損前后的質(zhì)量變化，對(duì)磨損量進(jìn)行精確測定，每次稱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)行了盤銷式磨損對(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，甚至還發(fā)現(xiàn)有鱗片狀的尚未剝落的大塊折皺，說明磨損過程中次表面發(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。現(xiàn)場裝機(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。
