堆焊耐磨板表面激光相變硬化處理有限元模擬

 于ANSYS數(shù)值模擬平臺,建立了堆焊耐磨板三維瞬態(tài)激光堆焊溫度場有限元模型,利用APDL參數(shù)設計語言實現(xiàn)熱源的移動,對堆焊耐磨鋼板表面激光相變硬化處理過程的溫度場進行模擬。

   在大量試驗的基礎上,設計出了一種等離子熔覆快速成形新型鐵基合金,隨熱源的移動,溫度場呈現(xiàn)彗星狀云圖,且激光光斑前緣溫度梯度大,后部溫度梯度小;熔池溫度隨時間的變化規(guī)律，利用HDX-100數(shù)字式顯微硬度計檢測了堆焊耐磨板在激光堆焊前后各層的硬度變化。并對比了不同功率和不同掃描速度對溫度場的影響。不同功率對比結果表明,在相同的激光掃描速度6 mm/s時,堆焊耐磨鋼板表面溫度最大值隨激光功率增大而升高,在900 W時達到4238℃;不同速度對比結果表明,在相同功率800 W時,表面溫度最大值隨激光速度增大而減小,在6 mm/s時達到3738℃。續(xù)工作時表層溫度范圍為550~650℃,堆焊前后硬度變化明顯,最大降幅約為250 HV0.5;近表層溫度范圍為470~550℃,堆焊前后硬度降幅約為40 HV0.5; 焊后經(jīng)500~550℃回火處理,堆焊耐磨鋼板熔合區(qū)組織和硬度的過渡良好,并且能改善近熔合區(qū)的基體脫碳及焊層處的增碳現(xiàn)象,降低熱影響區(qū)的粗晶脆化程度,減小相變應力和熱應力,有利于防止基體開裂及耐磨層剝落。 

堆焊耐磨板的截面顯微硬度呈梯度分布,表面合金硬度達到492HV;制備的多層金屬試樣耐磨性是H13鋼耐磨性的2.5倍,沖擊韌性處于合理范圍。