热时效对Stellite 6堆焊层微观组织及力学性能的影响研究

发布时间：2020-06-14 04:48

【摘要】：高温摩擦磨损是很多关键设备、零部件等高温运行时需要面对的问题,过早会的损坏会影响设备的安全有效运行,采用高温耐磨层对关键部位进行防护,能够部分解决此问题。然而,耐磨层的高温稳定性对于选材非常重要。本文采用等离子弧堆焊和手工电弧堆焊工艺,在304不锈钢表面分别制备了Stellite 6合金粉末堆焊层和Stellite 6焊条堆焊层,对熔覆层进行了700℃最长1000 h的高温热时效处理。两种材料的热力学过程首先采用JmatPro进行了预测。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱和XRD对焊态和热时效态熔敷金属的微观组织及其演变过程进行了分析,并对熔敷金属的室温、600℃、700℃和800℃的硬度进行了测试,通过滑动摩擦试验,对熔敷金属进行了耐磨性能的评估,并分析了微观组织演变规律及其对力学性能的影响。虽然同是Stellite 6合金,但两者的C含量不同。基于JmatPro,对两种合金体系的组织演变过程进行了预测,发现两种合金从液态凝固至室温时,相组成以γ-Co为主,含量占一半以上。无论是室温还是600~800℃,Stellite 6粉末中的碳化物含量明显高于Stellite 6焊条。同时,升温会促使γ-Co→ε-Co的转变。金相表征结果表明,Stellite 6堆焊层的微观组织具有典型的树枝晶特征,初生相主要由富Co的固溶体和富Cr碳化物的共晶相组成,共晶相分布在枝晶间。在热老化阶段,逐渐发生γ-Co→?-Co和M7C3→M23C6的相转变,细小颗粒状M23C6会在Co基上逐渐析出,且?-Co的层错上,也容易析出了条状分布的M23C6。Stellite6粉末堆焊层的马氏体转变较焊条堆焊层明显。硬度表征结果表明,Stellite 6合金堆焊层能显著提高了基体的硬度。随着环境温度的升高,堆焊层的硬度下降,在600~800℃范围内,硬度下降约20%,同时在高温阶段,硬度表现出一定的稳定性。高温热时效对提高熔覆层的室温硬度有利,但不利于高温硬度,可能与高温阶段固溶相中的碳化物重新溶解有关。采用等离子弧堆焊技术制备的Stellite 6粉末堆焊层,在本文的试验条件下,硬度值均稍高于Stellite 6焊条手工电弧堆焊层。同时,Stellite 6粉末堆焊层的耐磨性能明显优于Stellite 6焊条手工电弧堆焊层,并表现出更好的高温稳定性。 【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG156.92;TG455

【图文】：

熔覆层,硬度分布,微观组织,固溶相

图 1 熔覆层的微观组织（a）GTA 和（b）PTA 及硬度分布（c）[42]Fig.1 Microstructure of the deposition by GTA(a) and PTA(b), and hardness distribution (c).Serkan Apay 等人[43]采用激光工艺，以直径 0.7 mm 的 Stellite 6 焊丝为熔覆材料，在 AISI1015 钢上制备了堆焊层，并对熔覆层的焊态微观组织、力学性能进行了表征。结果表明，Stellite6 与 1015 低碳钢有良好的结合性，熔覆层只要以细长的枝晶结构为主，其组成为 γ-Co 固溶相和 M7C3+Co 固溶相的亚共晶组织，，如图 2 所示。M7C3+Co 固溶相的共晶组织是凝固过程中的一般产物，当焊接速度下降（或冷却速度下降），该组织更加明显。硬度和摩擦试验均在室温下进行。硬度表征结果表明，熔覆层的显微硬度 417HV0.1远高于母材的硬度 167HV0.1，如图所示。不光是因为熔覆层中形成了微米级的 Cr7C3，还因为固溶相中析出了纳米级的细小颗粒。摩擦磨损试验结果表明，磨损量随载荷、摩擦距离的增加以及硬度值的降低而升高。在磨损轨道上发现了开裂现象，认为是因为碳化物等硬脆相造成的。

熔覆层,微观组织,界面,固溶相

表征结果表明，熔覆层的显微硬度 417HV0.1远高于母材的硬度 167HV0.1，如图 3所示。不光是因为熔覆层中形成了微米级的 Cr7C3，还因为固溶相中析出了纳米级的细小颗粒。摩擦磨损试验结果表明，磨损量随载荷、摩擦距离的增加以及硬度值的降低而升高。在磨损轨道上发现了开裂现象，认为是因为碳化物等硬脆相造成的。

【参考文献】