仿生学激光重熔处理热作模具钢的热疲劳性能与显微组织



仿生学激光重熔处理热作模具钢的热疲劳性能与显微组织

在亿万年的自然选择与进化过程中，生物学结构取得巨大进步以适应环境，具有不同的非光滑表面形态。鉴于非光滑表面所具有的优良性能，许多研究者在考察了生物体的非光滑表面后，设计了具有非光滑表面的机械零件，并发现其性能优于光滑表面的机械零件。本研究利用激光在热作模具钢上形成模拟动物表皮的非光滑表面。热作模具钢的热疲劳是其失效的主要原因之一，根据应用领域不同，热作模具钢有不同的牌号。因此，考察并提高不同热作模具钢的热疲劳性能，以及确定具有非光滑表面的不同热作模具钢热疲劳性能提高程度很重要。

选择了H13、HD、HHD这3种热作模具钢。采用固体Nd-YAG激光器，最大功率300W，在试样表面形成仿生非光滑表面。热疲劳试验在自约束热疲劳试验机上进行，加热75s，最高温度700℃；水冷4s，最低温度25℃。在试验过程中试样不承受载荷，每隔400个循环用光学显微镜观察热疲劳裂纹的扩展情况。

试验结果如下。

（1）经过仿生学激光重熔处理的热作模具钢有利于抑制其热疲劳裂纹的萌生和扩展，其中HHD效果最好，H13次之；

（2）由于各牌号钢种的热传导率和化学元素含量不同，仿生非光滑单元的过渡区宽度也不同，HD最宽，HHD最窄；

（3）仿生非光滑单元的热循环软化抗力排序为HHD＞H13＞HD，在热疲劳试验之后，非光滑单元和未处理试样的显微组织都变成粗晶粒，出现相当多的粗大碳化物。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第4期

作者：C.Meng et al

编译：张英才