等离子喷焊硬质增强耐磨层组织与性能研究

发布时间：2017-05-03 00:09

  本文关键词：等离子喷焊硬质增强耐磨层组织与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：等离子喷焊作为一种表面强化与修复的新技术,鉴于其能量集中、低热输入、低稀释率、材料适用广泛等诸多优点,成为近年来表面工程领域的研究热点,且原位/反应等离子喷焊技术制备的硬质增强耐磨层,整体力学性能优异。本文以H13为基材,采用Ni60B为基体合金粉末,首先研究了纯Ni60B喷焊层组织及熔池凝固特点,结果表明:等离子喷焊层中依次生成CrB、Cr7C3、Cr23C6、(Cr,Fe)7C3、(Cr,Fe)23C6等硬质相,以及保留有共晶组织形态的(γ-Ni+?1-Ni3Si)与Fe Ni3组成的基体相,由于焊接熔池中复杂的能量及成分起伏,析出顺序可能交错。其次,通过等离子喷焊Ni60B+NiCr-Cr3C2混合粉末,系统研究了NiCr-Cr3C2添加量以及喷焊层数对等离子喷焊层组织及性能的影响,结果表明:喷焊层中新生成了Cr5B3、Cr3C2硬质相,有效细化了喷焊层组织;NiCr-Cr3C2添加量为15%时,喷焊层显微硬度最高可达1000HV0.5以上,耐磨性约为纯Ni60B喷焊层的6倍,但喷焊层组织均匀性相对较差,显著影响了喷焊层整体力学性能的进一步提高;喷焊层数越多,分层现象越复杂,组织均匀性越差,显微硬度下降。通过原位等离子喷焊Ni60B+Ti(Cu)、Ni60B+Ti+Co60、Ni60B+Ti+Si混合粉末,分别原位生成了TiC、TiB2,TiC、TiB2、TiCo2,TiB2、TiC、TiSi2硬质增强耐磨层,有效细化了喷焊层组织,其中TiB2为借螺型位错台阶式长大。当Ti添加量为6%时,喷焊层显微硬度可达800HV0.5以上,耐磨性约为纯Ni60B喷焊层的2倍;加入适量的Cu可有效降低喷焊层气孔率。当Ti、Co60添加量均为9%时,喷焊层显微硬度可达900HV0.5以上,耐磨性约为纯Ni60B喷焊层的4倍。当Ti、Si添加量均为15%时,喷焊层显微硬度可达1000HV0.5以上,耐磨性约为纯Ni60B喷焊层的6倍。通过反应等离子喷焊Ni60B+Ti(+N2)混合粉末,气-固或固-固反应生成大量TiN、TiB2、TiC1-xNx、TiC新硬质相,显著提高了喷焊层整体力学性能,显微硬度最高可达700HV0.5左右,耐磨性约为纯Ni60B喷焊层的1.8倍。而直接添加TiN硬质相的喷焊层,虽然新生成了大量TiN、TiC硬质相,但随着TiN添加量增加,喷焊层组织尺寸及气孔率显著增加,且均匀性变差,显著影响了喷焊层整体力学性能的进一步提高。
【关键词】：等离子喷焊 固-固反应 气-固反应 硬质相 组织与性能
【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】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 选题背景及意义12
• 1.2 模具失效形式及修复技术12-16
• 1.2.1 模具钢分类及特点12-13
• 1.2.2 模具失效形式13
• 1.2.3 模具表面修复技术13-16
• 1.3 等离子喷焊技术16-20
• 1.3.1 等离子喷焊原理16-17
• 1.3.2 等离子喷焊材料17-19
• 1.3.3 等离子喷焊特点19-20
• 1.4 耐磨层制备及强化机制20-25
• 1.4.1 磨损机制20-21
• 1.4.2 耐磨层制备21-24
• 1.4.3 金属基复合材料耐磨层强化机制24-25
• 1.5 本文主要研究内容25-26
• 第2章 试验材料、方法及设备26-34
• 2.1 试验材料26-30
• 2.1.1 基体材料26-27
• 2.1.2 等离子喷焊合金粉末27-30
• 2.2 试验方法及设备30-34
• 2.2.1 试样制备30-31
• 2.2.2 微观组织分析31-32
• 2.2.3 力学性能测试32-34
• 第3章 等离子喷焊NiCr-Cr_3C_2增强镍基耐磨层组织与性能34-50
• 3.1 等离子喷焊层硬质相形成热力学34-35
• 3.2 NiCr-Cr_3C_2添加量对等离子喷焊层组织及性能的影响35-46
• 3.2.1 等离子喷焊层宏观形貌35-36
• 3.2.2 Ni60B等离子喷焊层微观组织分析36-40
• 3.2.3 NiCr-Cr_3C_2添加量对等离子喷焊层微观组织的影响40-43
• 3.2.4 等离子喷焊层热影响区组织分析43-44
• 3.2.5 NiCr-Cr_3C_2添加量对等离子喷焊层力学性能的影响44-46
• 3.3 喷焊层数对等离子喷焊层组织及性能的影响46-48
• 3.3.1 喷焊层数对等离子喷焊层微观组织的影响46-48
• 3.3.2 喷焊层数对等离子喷焊层力学性能的影响48
• 本章小结48-50
• 第4章 原位等离子喷焊钛化物增强镍基耐磨层组织与性能50-78
• 4.1 Ti、Cu添加量对等离子喷焊层组织及性能的影响50-61
• 4.1.1 等离子喷焊层宏观形貌50-51
• 4.1.2 Ti添加量对等离子喷焊层微观组织的影响51-56
• 4.1.3 Ti、Cu添加量对等离子喷焊层微观组织及气孔率的影响56-59
• 4.1.4 Ti、Cu添加量对等离子喷焊层力学性能的影响59-61
• 4.2 Ti、Co60添加量对等离子喷焊层组织及性能的影响61-68
• 4.2.1 等离子喷焊层宏观形貌61
• 4.2.2 Ti、Co60添加量对等离子喷焊层微观组织的影响61-67
• 4.2.3 Ti、Co60添加量对等离子喷焊层力学性能的影响67-68
• 4.3 Ti、Si添加量对等离子喷焊层组织及性能的影响68-76
• 4.3.1 等离子喷焊层宏观形貌68-69
• 4.3.2 Ti、Si添加量对等离子喷焊层微观组织的影响69-74
• 4.3.3 Ti、Si添加量对等离子喷焊层力学性能的影响74-76
• 本章小结76-78
• 第5章 直接添加与反应等离子喷焊氮化钛增强镍基耐磨层组织与性能78-94
• 5.1 等离子喷焊层宏观形貌78
• 5.2 TiN添加量对等离子喷焊层微观组织的影响78-82
• 5.3 反应等离子喷焊Ti N、TiC1-xNx增强耐磨层微观组织分析82-90
• 5.3.1 喷焊层XRD分析82-83
• 5.3.2 界面区SEM形貌分析83-86
• 5.3.3 喷焊层SEM形貌分析86-89
• 5.3.4 喷焊层金相显微组织分析89-90
• 5.4 等离子喷焊层力学性能分析90-93
• 本章小结93-94
• 第6章 结论94-96
• 参考文献96-104
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果104
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目104-105
• 致谢105

【参考文献】

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本文编号：341969