摘要
灰铸铁类材料具有良好的减振性和导热性，因此，机械工程领域装备零部件的承重支撑部分如底座、缸体、齿轮箱体等多由灰铸铁类材料铸造而成。这些部件在长期的重载和疲劳工作过程中，表面常常出现微裂纹，微裂纹的萌生和扩展主要与材料的热疲劳失效有关。传统的表面技术如电弧焊、热喷涂、气体保护焊等，多存在涂层结合强度差、缺陷较多的问题。采用等离子熔覆技术在灰铸铁表面制备涂层是一个新的研究方向。 本文采用L9（33）正交表对工作电流、送粉量和扫描速度三因素进行HT250表面等离子熔覆Ni60涂层正交试验，优化工艺参数；分别采用金相显微镜（OM）、X射线衍射法（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度仪、微米压痕仪、X射线残余应力测试仪分析测试等离子熔覆层的组织、物相、显微硬度、弹性模量和残余应力；采用金相显微镜对HT250表面Ni60熔覆层的缺陷进行观察，对HT250表面Ni60熔覆层和QT600表面Ni60熔覆层的显微组织和稀释率进行对比，探究HT250等离子熔覆Ni60涂层缺陷产生的原因；采用最优工艺参数，在HT250表面制备不同Mo含量的Ni60熔覆层，探究Mo元素对熔覆层组织、硬度及热疲劳性能的影响，分析Mo元素对熔覆层裂纹扩展的影响规律。 结果表明：（1）影响Ni60熔覆层综合指标的主次顺序为：工作电流>扫描速度>送粉量，当工作电流为65A、送粉量为4g/min、扫描速度为100mm/min时，制备的熔覆层综合质量最优；（2）最优工艺参数下熔覆层主要物相为(Fe，Ni)合金、α-Fe和?-Ni，熔覆层自底部到中部的晶体生长方式依次为平面晶、柱状晶和树枝晶，显微硬度不断增加，在熔覆层中部出现最大值，弹性模量由基体到熔覆层平稳过渡；（3）HT250等离子熔覆Ni60涂层存在裂纹和孔洞，在结合界面存在少量缩孔；（4）随着Mo元素含量的增加，熔覆层组织逐渐细化，成分偏析的现象明显减少，枝晶由杆状向树枝晶转变。当Ni60粉末中Mo元素的质量分数达到6%时，熔覆层中析出了Mo2C。同时，随着Mo元素含量的增加，熔覆层平均显微硬度逐渐增大，热疲劳裂纹扩展速率降低。
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