水泥挤压辊堆焊合金与45钢母材的结合性能研究

发布时间：2017-05-04 05:00

  本文关键词：水泥挤压辊堆焊合金与45钢母材的结合性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水泥工业是现代制造业的重要分支。水泥生产过程主要包括矿石的破碎,生料的粉磨、煅烧和熟料的粉磨等工序。在破碎和粉磨过程中,水泥挤压辊由于受到高强度的磨粒磨损和周期性的挤压应力,造成耐磨工作层消耗和疲劳破坏,使得挤压辊提前失效,给企业造成较大的经济损失。因此提高耐磨工作层与钢辊芯基体金属的结合强度对于提高挤压辊寿命,降低企业生产成本具有重要意义。本文采用自保护药芯焊丝和熔化极电弧堆焊方法,分别利用5种市售焊丝和6种自制焊丝在45钢母材上制备了不同类型的堆焊层金属。5种市售焊丝分别为奥氏体钢焊丝、含铌亚共晶高铬合金铸铁焊丝、过共晶高铬合金铸铁焊丝、含铌合金钢1#和2#焊丝;6种自制焊丝为改变高碳铬铁含量的过共析合金钢焊丝。用自行设计的推离试验法获得了各堆焊层与45钢母材的结合强度,分析了每种堆焊层金属的成分、微观组织、熔合区及附近区域显微硬度分布特点。用金相显微镜和扫描电镜观察确定了推离试样的断裂位置,分析了断口特征。试验表明,奥氏体钢堆焊层与母材的结合性能最好,结合强度的平均值达到314MPa,其堆焊层微观组织为单相奥氏体枝晶。在两者界面处,从过热区珠光体上联生长大的奥氏体枝晶与母材金属结合良好,其熔合线及附近区域的显微硬度较低,均在260HV以下。推离试样断裂位置为HAZ粗晶区,呈解理断裂。过共晶高铬合金铸铁堆焊层与母材的结合性能较差,结合强度平均值只有61 MPa,其堆焊层微观组织为六边形及条状一次碳化物和共晶物混合组织,其显微硬度值较高,在760HV以上。熔合区则由珠光体层和断续分布的M+A’薄层及奥氏体层组成,其推离试样断裂在堆焊层底部,呈脆性断裂特征。含铌亚共晶高铬合金铸铁堆焊层的显微硬度值都在730HV以上。熔合区是由母材一侧的珠光体层和堆焊层侧的M+A’薄层组成的,其显微硬度值在400HV~600HV之间。由于其碳化物和基体组织能够形成较好的相互支撑和保护,故其结合强度要高于过共晶高铬合金铸铁堆焊层,达到125MPa,且推离断口主要位于堆焊层底部。含铌合金钢1#和2#堆焊层的微观组织均为M+A’钢基体上弥散分布NbC颗粒,然而1#堆焊层底部有少量奥氏体,2#堆焊层底部则存在晶间网状合金渗碳体,故1#堆焊层的显微硬度值要低一些,其堆焊层与母材的结合性能要好一些,达到227MPa,而2#堆焊层与母材的结合强度只有116MPa。两种焊丝推离试样的断口既有熔合区金属也有母材HAZ金属。用改变CrFe含量的自制药芯焊丝得到的过共析合金钢堆焊层与母材的结合性能都较好,结合强度均在130 MPa以上,最高达到225.3MPa。随着高碳铬铁含量的增加,结合强度先减少后增大。堆焊层的微观组织由M+A’+NbC转变为逐渐增多的A+NbC+(M+A’)。熔合区微观组织中的马氏体不断减少,奥氏体不断增多。将六种自制焊丝分别记为CrFe1#~CrFe6#。六种堆焊合金的熔合区显微硬度呈现下降趋势。六种堆焊层的显微硬度也呈现逐渐下降趋势,但由于CrFe3#、CrFe4#堆焊层中存在大量密集的NbC颗粒,成为影响堆焊层显微硬度的主要因素,故CrFe3#堆焊层显微硬度最高,CrFe4#堆焊层次之。从宏观和微观断口分析可知,CrFe1#和CrFe5#推离试样断裂面既有母材HAZ金属,也有熔合区金属;CrFe2#推离试样断裂主要发生在熔合区金属;CrFe3#~CrFe4#推离试样断裂位置主要位于堆焊层底部,属于脆性断裂;CrFe6#推离试样断口主要在母材HAZ金属,为典型的解理断裂。
【关键词】：结合性能 推离法 断口形貌 挤压辊
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ172.6;TG455
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 堆焊技术及堆焊材料11-15
• 1.2.1 堆焊的定义11
• 1.2.2 堆焊技术的特点11-12
• 1.2.3 堆焊金属及堆焊方法的分类12-14
• 1.2.4 水泥工业中耐磨堆焊技术应用现状及发展前景14-15
• 1.3 涂层界面结合性能的研究现状15-22
• 1.3.1 涂层界面结合性能研究的必要性及结合性能的表征方法15
• 1.3.2 涂层界面结合强度的几种测试方法15-22
• 1.4 本课题研究的内容22-23
• 第2章 试验材料、方法及设备23-29
• 2.1 试验材料23
• 2.2 试验方法及设备23-29
• 2.2.1 测试堆焊层与钢母材结合性能的推离试验法23-25
• 2.2.2 堆焊方法及设备25-26
• 2.2.3 堆焊金属成分分析、金相试样制备以及堆焊层微观组织分析26-27
• 2.2.4 焊接接头的熔合区及其附近区域显微硬度测试27
• 2.2.5 推离试样断裂分析27-29
• 第3章 市售焊丝堆焊合金的成分、微观组织及其与45钢母材的结合性能研究29-47
• 3.1 市售焊丝堆焊合金的成分、微观组织以及显微硬度29-36
• 3.1.1 市售焊丝堆焊合金的成分29
• 3.1.2 奥氏体钢堆焊层微观组织分析29-31
• 3.1.3 高铬合金铸铁堆焊层微观组织分析31-33
• 3.1.4 含铌合金钢堆焊层微观组织分析33-35
• 3.1.5 市售焊丝堆焊合金的熔合区及附近区域显微硬度分析35-36
• 3.2 市售焊丝堆焊层与母材的结合强度及断裂分析36-45
• 3.2.1 市售焊丝堆焊层与母材结合强度的测试结果36-38
• 3.2.2 市售焊丝堆焊层推离断裂分析38-45
• 3.2.2.1 奥氏体钢堆焊层推离断裂位置及断口分析38-39
• 3.2.2.2 高铬合金铸铁堆焊层推离断裂位置及断口分析39-42
• 3.2.2.3 含铌合金钢堆焊层推离断裂位置及断口分析42-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 自制焊丝堆焊合金的成分、微观组织及其与45钢母材的结合性能研究47-69
• 4.1 自制焊丝堆焊合金的成分、微观组织以及显微硬度47-55
• 4.1.1 自制焊丝堆焊合金的成分47-48
• 4.1.2 自制焊丝堆焊层微观组织分析48-52
• 4.1.3 自制焊丝堆焊合金的宏观硬度、熔合区及附近区域显微硬度分析52-55
• 4.2 自制焊丝堆焊层与母材的结合强度及断裂分析55-66
• 4.2.1 自制焊丝堆焊层与母材结合强度的测试结果55-56
• 4.2.2 自制焊丝堆焊层推离断裂位置及断口分析56-66
• 4.3 本章小结66-69
• 第5章 结论69-71
• 参考文献71-77
• 致谢77

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