40Cr模具钢激光熔覆层组织及性能分析

　　40Cr模具钢是机械制造业使用广泛的合金结构钢之一，经调质处理后，其加工性能良好，可以制造各类模具零件。但在工况比较恶劣的情况下，模具零件的磨损会很严重，使用寿命大幅度缩短，通常需要对40Cr模具钢表面进行强化处理，目前常用的方法如传统的淬火、喷丸和渗氮等强化措施对此类模具零件有一定的局限性。

　　激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术，是显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的表面强化方法，可以在金属材料的基础上制成具有高硬度、耐磨、耐腐蚀和高温抗氧化性等特殊性能熔覆层。将激光熔覆技术应用于40Cr模具钢上可在其表面制备具有特殊性能的合金熔覆层的同时，保留40Cr基体的强度和韧性，节省贵重的金属材料，降低生产成本。现采用激光熔覆技术在40Cr模具钢表面制备耐磨铁基熔覆层并对熔覆层的组织和性能进行分析。

　　试验材料和方法

　　试验基体材料为40Cr，淬火后在550 ℃左右回火，表面硬度为32~38HRC，其合金元素成分(质量分数，%)如下：C：0.37~0.45，Si：0.17~0.37，Mn：0.5~0.8，Cr：0.8~1.1，Ni：≤0.030，P：≤0.035，S：≤0.035，Cu：≤0.030，其余为Fe。试验前，所有试样均除去表面的油、锈和氧化物，然后经不同粒度的金相砂纸打磨，抛光处理后，再用无水乙醇和丙酮各超声清洗10min。熔覆的金属粉末为YSU600，其化学成分(质量分数，%)为：C：1.00，Si：0.30，Mn：0.30，Cr：14.0，Co：1.7，其余为Fe，粉末粒度为150~200目。

　　激光熔覆采用4000W半导体激光器，光斑为矩形光斑，大小为2.5mm×11.5mm，波长为0.976μm。熔覆的工艺参数为：激光功率2500W、扫描速度350mm/min、搭接率为43.5%。

　　熔覆层耐磨性

　　耐磨试验对比测试采用高温止推圈摩擦副试验，试验中摩擦副的材料为淬火后的Cr12MoV，硬度约为60HRC，试验加载力为1000N，转速300r/min，加载时间为40min，试验试件分别为40Cr基材，熔覆YSU600粉末的熔覆试件。

　　40Cr基材的磨损量多，达到了0.0651g，相对摩擦因数为1.640，而熔覆试件的熔覆层磨损量少，为0.0283g，其磨损量为40Cr基材的43.47%，对应的摩擦副磨损量为0.0314g，相对摩擦因数为0.901。