N、Nb、W对Fe-Cr-N-Nb-W系堆焊层组织性能的影响

发布时间：2020-10-27 19:27

　　 堆焊技术作为一种常用的表面修复方法,可以对磨损件进行再生,延长设备的使用年限,这对资源的节约具有重要的意义。本文以传统的Fe-Cr-C堆焊合金体系为基础,设计了Fe-Cr-N-Nb、Fe-Cr-N-W、Fe-Cr-N-Nb-W三种堆焊合金体系。采用自保护明弧堆焊法制备堆焊层,研究N、Nb、W三种元素对堆焊层组织和性能的影响。实验结果如下:(1)在Fe-Cr-N-Nb系堆焊合金中,生成了Nb的碳氮化物硬质相,弥散分布在基体中。耐磨性实验结果表明,堆焊层中添加适量的Nb元素和N元素可改善Fe-Cr-N-Nb系堆焊合金的耐磨性,其耐磨性与硬质相的数量及分布有关。当药芯焊丝中N元素的添加量为3wt.%,Nb元素的添加量为10wt.%时,堆焊层硬度最高,硬度为HRC58.4,耐磨损能力最佳,磨损失重为0.173g。(2)在Fe-Cr-N-W系堆焊合金中,生成了Fe_3W_3C、Fe_6W_6C、M_7C_3等共晶化合物和少量的初生硬质相W_2N。当药芯焊丝中W元素的添加量为16wt.%时,堆焊层的硬度为HRC51.2,堆焊层的耐磨损性能最好,磨损失重为0.208g。(3)在Fe-Cr-N-Nb-W系堆焊合金中,随着W含量的增加,W元素与Fe、C反应生成WC、Fe_7W_6、Fe_3W_3C;Nb与C、N反应生成Nb_2C、NbC、NbN等碳氮化物。耐磨性试验表明:铌的碳氮化物和钨的共晶化合物以及基体中细小的析出相使磨粒嵌入堆焊层表面的阻力增大,基体和硬质相良好的匹配有效地阻碍了磨粒对堆焊层的显微切削磨损。综上所述,N、Nb、W三种合金元素能够分别在Fe-Cr-N-Nb-W系堆焊合金中生成不同的碳氮化物质点和共晶化合物,它们分布在基体中与基体组织相互配合,能够显著的提高堆焊合金的硬度和耐磨损性能。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG455
【部分图文】：

图 2.1 母材Fig. 2.1 Parent material表 2.1 Q235 的化学成分（质量分数，wt.%）Tab. 2.1 Chemical composition of Q235 (mass, wt.%)C Si Mn S P 0.01~0.15 0.1~0.3 0.2~0.5 0.025~0.045 0.025~0.0料芯焊丝外皮钢带的规格及成分宝钢集团购买的规格为 0.3mm×16mm 的 H08A 低碳钢钢带钢带具有优异的冷加工和焊接性能，而且韧性和塑性较好。表 2.2 钢带的化学成分（质量分数，wt.%）Tab. 2.2 Chemical composition of steel strip (mass, wt.%)C Si Mn S P 0.01 0.01 0.18 0.013 0.011 0.

（2）焊丝生产过程及设备用轧拔法制备药芯焊丝是一种非常简单同时又节约成本的一种制作方式。拉丝的过程需要用到药芯焊丝成型机。药芯焊丝的生产流程为：药粉的准备、U 型钢带的轧制、药粉填充、合缝成型、精拔减径，以及装桶或呈绕等[41]。具体实施过程为把经过混料机混合处理后的合金粉末倒入送粉器内，打开成型机，在拔丝机的拉拔力作用下，钢带会依次经过不同尺寸的轧辊（轧辊如图 2.2 所示），在最前面的轧辊会首先把“一”字型的钢带压成“U”型，之后“U”型钢带会经过送粉器下方接收合金粉末使其均匀分布，接下来接收了合金粉末的钢带继续前进至下一轮轧辊，钢带逐渐闭合为“O”型，通过定径模形成初步型药芯焊丝，直径为 5.0mm。下一步是减径，需将初步加工为直径为 5.0mm 的药芯焊丝逐级通过 4.4mm、4.0mm、3.6mm、3.0mm 定径模拉拔减径，最终制备出直径为 3.0mm 的药芯焊丝，药芯焊丝生产线见图 2.3。这里特别注意，减径的过程要放慢速度，否则会造成焊丝拉断或者漏粉等后果，最后得到的成型焊丝的两端最好封口，防止药粉因受潮而影响焊接工艺性能。

（2）焊丝生产过程及设备用轧拔法制备药芯焊丝是一种非常简单同时又节约成本的一种制作方式。拉丝的过程需要用到药芯焊丝成型机。药芯焊丝的生产流程为：药粉的准备、U 型钢带的轧制、药粉填充、合缝成型、精拔减径，以及装桶或呈绕等[41]。具体实施过程为把经过混料机混合处理后的合金粉末倒入送粉器内，打开成型机，在拔丝机的拉拔力作用下，钢带会依次经过不同尺寸的轧辊（轧辊如图 2.2 所示），在最前面的轧辊会首先把“一”字型的钢带压成“U”型，之后“U”型钢带会经过送粉器下方接收合金粉末使其均匀分布，接下来接收了合金粉末的钢带继续前进至下一轮轧辊，钢带逐渐闭合为“O”型，通过定径模形成初步型药芯焊丝，直径为 5.0mm。下一步是减径，需将初步加工为直径为 5.0mm 的药芯焊丝逐级通过 4.4mm、4.0mm、3.6mm、3.0mm 定径模拉拔减径，最终制备出直径为 3.0mm 的药芯焊丝，药芯焊丝生产线见图 2.3。这里特别注意，减径的过程要放慢速度，否则会造成焊丝拉断或者漏粉等后果，最后得到的成型焊丝的两端最好封口，防止药粉因受潮而影响焊接工艺性能。
【参考文献】

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本文编号：2858944