H13钢因具有较高的硬度、热强度和抗热疲劳性,常用于制造压铸、锻造、挤压和热加工冲床等模具。然而随着模具行业的不断发展,其性能已无法满足使用要求,常因表面磨损失效导致零件报废。因此模具表面耐磨材料应运而生,其优异的耐磨性可以延长其使用寿命。由于W-Mo-V高速钢(HSS)具有良好的热硬性,在高温下仍保持杰出的磨损性能,因而常被用来制备表面耐磨材料。在制备表面耐磨材料时,由于材料间的热膨胀系数差异,往往导致耐磨材料与基体存在界面应力,长时间反复受载的服役下,常出现脱落现象。而采用激光增材制造技术制备的梯度耐磨材料,可逐步缓解材料间的成分和性能差异,减少因界面缺陷引起的失效问题。此外,本课题还研究了回火处理对耐磨材料的影响。该研究有助于模具表面防护材料的制备,同时也为增材制造一体化成形梯度耐磨材料提供理论支持。本研究采用激光增材制造技术分别制备了复合材料和功能梯度材料,通过XRD物相分析、扫描电子显微镜(SEM)分析、能谱(EDS)分析、硬度测试、磨损测试和拉伸测试分别对各复合材料的物相、组织、硬度、耐磨性和拉伸性能进行表征。并对功能梯度材料进行了元素分析和硬度测试。结果表明,激光增材制造H13/W-Mo-V HSS复合材料的显微组织均由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成。当复合材料中W-Mo-V HSS含量达到40%时,晶界处有小块状碳化物出现,随着W-Mo-V HSS含量进一步增高,这些碳化物聚集长大形成一个连续的网状结构。各复合材料在回火过程中的组织演变趋势相似,回火促进了复合材料中残余奥氏体的分解和碳化物的生成。同时随着回火温度的升高碳化物也逐渐长大,尤其是在高W-Mo-V HSS(60%-100%)含量复合材料中碳化物长大明显。在550℃回火时,各复合材料组织中残余奥氏体基本分解完毕,且组织中的碳化物均匀分布,较高含量的精细碳化物(Mo2C、VC和Cr7C3)弥散分布在基体中。当回火温度升高到600℃及以上时,碳化物尺寸较大并与基体脱离共格关系。随着W-Mo-VHSS含量的升高,沉积态试样的硬度从0%W-Mo-V HSS试样的541 HV增加到100%W-Mo-V HSS试样的799 HV;室温和高温磨损实验表明,较高W-Mo-V HSS含量对复合材料的磨损性能有一定的好处(100%W-Mo-V HSS试样的室温磨损性能和高温磨损性能相比于0%W-Mo-V HSS试样分别提升了 5.2倍和4.7倍),这些都与复合材料组织中合金元素和碳化物含量增多有关。拉伸测试表明,随着W-Mo-V HSS含量的升高,沉积态的复合材料的拉伸性能呈降低趋势。当复合材料进行回火处理后,各试样在550℃回火时均出现了二次硬化现象,0%和100%W-Mo-V HSS试样硬度分别达到693 HV和904 HV。在550℃回火下所有试样的室温磨损性能也有显著提升,其中80%和100%W-Mo-VHSS含量的复合材料的磨损率约为0.25×10-6 mm3N-1·m-1,相比于沉积态提升了约5.2倍。回火后的拉伸实验表明,各试样在550℃回火时有较高的抗拉强度,但各试样的伸缩率处于较低水平。激光增材制造W-Mo-V HSS/Nb复合材料的显微组织和W-Mo-V HSS试样相似,均由马氏体、残余奥氏体以及碳化物组成。Nb的添加细化了 W-Mo-VHSS的晶粒尺寸,由0wt%Nb时的4.35μm减小到2wt%Nb时3.63μm。随着晶粒尺寸的细化,试样的力学性能均有一定程度的提高。550℃回火处理使W-Mo-VHSS/Nb复合材料的硬度略有降低,但其表现出了较为优异的磨损性能。根据复合材料的研究基础,最终成功制备了质量良好的H13/W-Mo-VHSS/Nb功能梯度材料。对其进行元素分析发现,各层间变化程度较小,无明显的跳跃级界面。硬度测试结果发现,梯度块体从最底层到最顶层逐渐升高,无急剧变化现象。