碳化钨及碳当量对过共晶高铬铸铁高频感应堆焊层组织性能影响的研究

发布时间：2020-06-21 03:22

【摘要】：高频感应加热具有工艺简单,易于操作,生产效率高等优点,但由于高频感应堆焊层厚度较薄(通常小于2mm),同时母材对堆焊层稀释作用降低了堆焊层的硬度和耐磨性,限制了工件的使用寿命。改变堆焊层的碳当量和添加碳化钨颗粒可以增加堆焊层的硬度及耐磨性能。但是目前针对这一方面尚无深入和系统的研究。本文首先以加热时间、堆焊电流、堆焊熔剂为工艺参数进行正交试验,获得了最优堆焊工艺参数为:电流56A,加热时间42s,熔剂添加量14g。以上述工艺参数进行堆焊,获得了表面质量良好、无气孔及夹渣的冶金结合良好的堆焊层。在此基础上,采用优化的工艺参数制备了碳化钨添加量分别为0%、10%、15%、20%、25%、30%,碳当量分别为6.19%、6.76%、7.32%、7.88%、8.45%、9.01%的高频感应堆焊试样,并对其组织和性能进行了系统研究,以期提高堆焊层的耐磨性和使用寿命。通过金相显微镜及XRD分析可知堆焊层组织主要为共晶组织、初生碳化物(M_7C_3)、碳化钨颗粒(WC、W_2C)等,初生碳化物与共晶碳化物均为M_7C_3型碳化物,基体主要由马氏体、奥氏体等组织组成。根据堆焊层的结构特点,可将堆焊层分为顶部、中部、底部三部分,顶部为非稀释层,中部为母材溶解少量稀释层,底部为母材溶解大量稀释层。对碳化钨及碳当量对堆焊层组织的影响进行了研究,结果表明:在堆焊层顶部和中部,随着碳当量的增加,堆焊层中的初生碳化物数量增多,共晶组织逐渐减少,其中基体中马氏体量增加;随着碳化钨含量的增加,顶部组织基本不变。在堆焊层中部组织中出现极少量的碳化钨颗粒。在堆焊层底部:随碳当量的增加,共晶碳化物增加,基体中马氏体增多;随着碳化钨含量的增加,初生碳化物、共晶碳化物数量稍微增加,基体种类基本不变,但组织中间存在一定数量的碳化钨颗粒,颗粒数量随碳化钨含量增加而基本成比例增加。对堆焊层各部分性能进行分析,结果表明:碳化钨含量一定时,随着碳当量的增大,堆焊层顶部硬度逐渐增加,断裂韧性则降低,耐磨性逐渐升高,但达到8.45%后碳当量继续增加,耐磨性能降低,是由于随着碳当量的增加,初生碳化物含量过高,组织韧性降低造成的;随着碳当量增加,中部及底部的硬度与耐磨性逐渐增加,但底部相比堆焊层中部增加幅度减少,这是由于靠近底部稀释作用占主导的原因。因此,碳当量增加有利于增加堆焊层的硬度及耐磨性能,但过高的碳当量可能不利于堆焊层顶部耐磨性的提高,堆焊层顶部在碳当量8.45%时耐磨性最好,相比碳当量6.19%提高了1.89倍。由于碳化钨颗粒主要沉积在堆焊层底部,仅有个别颗粒存在于中部,因此碳当量一定时,随着碳化钨含量的增加,堆焊层顶部的硬度和耐磨性能基本没有变化;堆焊层中部硬度及耐磨性稍微增加;堆焊层底部的断裂韧性逐渐降低,硬度及耐磨性随着碳化钨含量的增加而快速增加,在碳化钨含量达到20%时,堆焊层底部耐磨性能与不加碳化钨的组织相比,提高4~5倍,当其超过含量20%之后,硬度和耐磨性能增加幅度变小。因此从提高底层耐磨性能来说,20%的碳化钨颗粒基本达到了理想的效果。综上所述,对于高铬铸铁高频堆焊层,采用碳当量为8.45%的过共晶高铬铸铁,添加20%的200目的碳化钨颗粒。在有效控制贵重碳化钨颗粒添加量的情况下,可以保证高铬铸铁堆焊层顶部中部底部三部分均具有较为理想的硬度和耐磨性能。其整体耐磨性能与碳当量6.19%,碳化钨0%组分的堆焊层相比大幅度提高。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG455
【图文】：

原理图,堆焊技术,高频感应,原理图

高频感应堆焊技术高频感应堆焊技术是表面工程技术中重要的一种改性技术，通过高频技术通常可以获得耐磨、耐蚀等性能良好的工件。高频感应堆焊是利源将具有一定性能的材料涂覆在基体（焊件）表面上，加热后形成冶一种工艺[15]。这种工艺是采用焊接的方法将填充金属熔敷到金属表面寸、或获得特殊性能的金属层。.1 高频感应堆焊技术原理高频感应堆焊技术起源于 20 世纪 30 年代，主要应用于机械工件的表-17]。随着科技的发展，特别是层出不穷的新材料的不断应用，使得人工程技术提出了更高的要求，因此大大的拓宽了高频感应堆焊技术在方面的应用。本次试验的高频感应堆焊工艺过程具体为：在母材表面一层自熔性高铬铸铁合金粉末，利用电磁感应加热母材，通过透热作金粉末使其快速熔化与母材形成冶金结合。其技术原理图如图 1.1 所示

液相面投影图,三元合金相图

图 1.2 Fe-C-Cr 三元合金相图的液相面投影图上 4 个包共晶点 U1，U2，U3，U4共隔出 3 条包晶反应投6+γ-Fe 共晶组织的 U1-U2；反应产生 M7C3+γ-Fe 共晶组织M3+γ-Fe 共晶组织的 U3-U4；成分点落在 γ-Fe 相区的合织，初生相为 γ-Fe；成分点落在碳化物相区的合金凝固生相为碳化物[39-41]，而起抗磨作用的主要是初生碳化物钨增强高铬铸铁堆焊层的发展现状煤炭及冶金等行业常常因为设备受到砂砾、矿石等硬质机械设备的损坏失效[42-46]。因此，工业生产对强耐磨材传统单一耐磨材料通常难以满足矿山等机械设备的使用复合材料进行研发及应用。碳化钨合金材料的硬度比最材料耐磨性能常考虑添加碳化钨等高硬材料[42-44]。碳化

【参考文献】