[项目背景修改稿.docVIP

热作模铁基高温合金覆层材料制备及组织演化机理 项目实施方案 在现代工业生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备， 寿命反映了工业装备的现代化程度，且直接影响到产品的更新换代和市场竞争力。世界上许多工业发达的国家都特别重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制作水平，已取得了显著的经济效益，模具技术成为衡量一个国家制造业水平的重要指标之一。 热作模具是模具的重要组成部分，拥有广阔的前景，是航空航天以及精密部件制造与再制造的工具。但热作模具使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。而热作模的工作特点是具有间歇性，每次使热态金属成形后都要用介质冷却模腔的表面。因此，使模腔的表面反复承受拉压应力作用，其结果引起模腔表面出现龟裂，并且热作模具服役环境恶劣，容易发生失效。成因主要是由于在工作过程中与高温金属的直接接触，热作模具会发生高温氧化并承受着极大的冲击载荷与强烈的塑性摩擦。[1,2]。在热应力和热应变作用下，极易发生热疲劳失效以及疲劳开裂。热疲劳是也热作模具的主要失效形式之一，每年由此造成的损失达数亿至数十亿元，浪费严重。因此，修复失效模具，延长模具使用寿命，降低生产成本，已经成为亟待解决的技术难题[3]。 针对在热作模工况条件下，模具失效问题的研究一直在广泛开展。其中，可以考虑提高模具材料本身的性能来达到目标。在生产中可通过冶炼质量控制，模具材料含有的夹杂物和模具材料中的S、P含量进行控制，提高模具材料的性能，[4]。但这样的方法对模具材料生产制造技术的要求较高，且增加了生产的成本 对热作模具进行涂覆镀层时，可选择镍基高温合金、钴基高温合金和铁基高温合金等覆层材料。钴基、镍基合金虽具有较佳的高温性能与耐蚀性能, 但原料稀缺, 造价昂贵, 很难广泛使用[5]。相比之下，铁基高温合金材料成本较低，而且铁基高温合金与大部分基材的成分相近，界面结合牢固。因此，对铁基高温合金的研究具有重要的意义。 铁基高温合金是以铁为基,配以多种元素的合金化作用来提高其高温机械性能和高温抗腐蚀性能的特种合金。铁基高温合金相对于镍基和钴基高温合金而言,价格低廉,生产工艺简单，是一种普遍应用于国防、能源、航空以及核反应等领域的高温结构材料[6]。但仍存在一些问题使它的性能低于镍基和钴基，例如：合金粉末熔点高, 熔覆过程中需要较高的激光功率, 且液态熔池金属流动性差；表面不平整， 熔覆层内气孔夹渣较多, 易出现裂纹和空洞；熔覆过程中合金元素烧损严重,熔覆层成份控制不精确, 且组织不均匀等[7]。 目前已经有许多学者发表了关于铁基高温材料的论文、报道。如唐英等人[8]研究了铁基合金粉末等离子熔覆层经400~850℃高温处理后的组织变化，结果表明,合金熔覆层经750℃处理后仍能保持原硬度,高于750℃,硬度降低；当加热到850℃时,基体析出颗粒状的化合物，表明,铁基高温材料的高温磨损性能优良。郭俊德采用粉末冶金技术，以石墨和自生氧化物为润滑相，并添加了钼、镍、铜等合金化元素，在氢气保护气氛下制备了室温450℃下可连续使用的铁基高温自润滑材料，大大降低了生产成本[9]。杨凤琦利用M-2000磨损实验机测得当FeCrBVC合金成分为Cr加入量为35%，V加入量为10%，B加入量为1%，C加入量为0.5%时，其熔覆层耐磨性最好；并利用电化学腐蚀实验测得成分为Cr加入量35%、C加入量为0.5%、B加入量0.5%时，V加入量10%时，FeCrBVC合金的耐蚀性最好[10]。利用这种合金可以提高产品的耐磨性和耐腐蚀性。提高材料的使用寿命,减少资源浪费,节约生产成本。王海涛等人[6]采取正交设计方法得出铁基高温合金中,镍、铬、铝三元素对获得较高的高温拉伸强度和较好的高温抗氧化性能的最佳成分配比为:10%Ni、20%Cr、3%Al，为开发研制节镍高性能新型铁基高温合金提供必要的理论依据。郭建亭等人[11]发表的论文中提到GH2135合金具有良好的低周疲劳性能以及屈服强度随温度的反常行为，特别适于制造航空发动机涡轮盘，是我国独创的第一个涡轮盘铁基高温合金，这推动了我国高温合金的发展，特别是对铁基高温合金的发展起了不可磨灭的作用。陈国胜等人[12]设计和研制出了一种含0.5%左右Nb,以W和Mo复合固溶强化的铁基高温合金(GH2871合金)，和现有铁基合金材料相比，它除了大幅度提高了强度外,塑性和韧性也保持了原有的水平。 从这些研究结果中可以看出铁基高温合金具有成份可调范围广, 良好的耐磨、耐蚀及较好的高温性能等优点, 可大幅度提高其使用寿命、降低生产成本, 具有广泛而迫切的市场需求，有利于能源的可持续发展，能够创造更大的社会效益和经济价值。 承上启下（项目简介的主要内