Fe-Cr-C-B堆焊合金的纳米CeO 2 改性及机理
发布时间：2022-07-14 17:09
采用无渣自保护药芯焊丝制备高铬铸铁堆焊合金是目前铸铁型堆焊材料的研究热点。无渣自保护药芯焊丝利用药芯粉体中含有的合金元素和造气剂实现自保护,不添加造渣剂,在堆焊过程中无需外加保护气体,降低了成本,提高了堆焊效率。过共晶高铬铸铁堆焊合金由于含量大量的初生M7C3碳化物,具有非常优异的耐磨粒磨损性能。但是,较大的初生碳化物易于萌生裂纹,在使用过程中易于脱落,降低了堆焊合金的性能。此外,初生碳化物分布不均匀,同样降低了堆焊合金的耐磨性。本文采用高碳铬铁粉、石墨粉、硼铁粉、铝镁合金粉、电解锰粉、硅铁粉、低碳钢带等原材料制备了自保护药芯焊丝。通过在药芯粉体中加入纳米CeO2添加剂,制备了纳米添加剂含量不同的五种自保护药芯焊丝。在相同的堆焊工艺参数条件下,采用以上五种自保护药芯焊丝进行堆焊,制备了纳米添加剂含量不同的五种高铬铸铁堆焊合金,分析了纳米添加剂对堆焊合金微观组织、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性的影响。X射线衍射结果表明,堆焊合金由M7C3碳化物、马氏体和残余奥氏体构成。随着纳米CeO2添加剂含量的增大,碳化物部分衍射峰的位置和强度发生了变化,纳米添加剂改变了碳化物的生长取向。纳米添加剂提...
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 堆焊技术的发展概况
1.2.1 堆焊方法概况
1.2.2 堆焊材料的概况
1.3 自保护药芯焊丝的保护机理
1.4 高铬铸铁型堆焊材料的研究进展
1.4.1 高铬铸铁型堆焊材料的应用
1.4.2 过共晶高铬铸铁堆焊材料的研究现状
1.4.3 Fe-Cr-C-B高铬铸铁型堆焊材料的研究现状
1.4.4 高铬铸铁型堆焊合金相图计算
1.5 M_7C_3碳化物研究
1.5.1 M_7C_3碳化物的结构和缺陷
1.5.2 掺杂对M_7C_3碳化物力学性质和稳定性的影响
1.6 高铬铸铁型堆焊材料的磨损行为
1.6.1 干滑动磨损行为
1.6.2 冲蚀磨损行为
1.7 高铬铸铁堆焊合金的腐蚀行为
1.8 稀土氧化物纳米颗粒改性技术
1.9 本文主要研究内容
第2章 试验材料与研究方法
2.1 堆焊合金体系选择
2.2 纳米添加剂选择
2.3 材料制备工艺
2.3.1 试验原材料选择
2.3.2 自保护药芯焊丝制作工艺
2.3.3 堆焊合金制备工艺
2.4 研究方法
2.4.1 显微组织和成分分析
2.4.2 功函数测试
2.4.3 物相分析
2.4.4 硬度测试
2.4.5 初生碳化物断裂韧性测试
2.4.6 抗弯强度测试
2.4.7 干滑动摩擦磨损试验
2.4.8 干砂冲蚀磨损试验
2.4.9 耐腐蚀性能测试
第3章 自保护药芯焊丝成分设计及堆焊工艺研究
3.1 Fe-Cr-C-B堆焊合金的成分设计
3.1.1 Cr含量的设计
3.1.2 C含量的设计
3.1.3 B含量的设计
3.1.4 Si和Mn含量的设计
3.2 自保护药芯焊丝成分设计
3.2.1 药芯粉体中主要合金元素的含量
3.2.2 自保护药芯焊丝中脱氧元素含量的设计
3.3 堆焊工艺研究
3.3.1 自保护药芯焊丝药芯粉末配方研究
3.3.2 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的制备
3.4 本章小结
第4章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的组织形成与机理
4.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相组成以及物相结构
4.1.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相分析
4.1.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相体积分数
4.1.3 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相结构分析
4.2 纳米CeO_2添加剂对堆焊合金组织的影响
4.2.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的显微组织分析
4.2.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的深腐蚀微观组织分析
4.3 纳米CeO_2添加剂细化初生M_7C_3碳化物的机理
4.3.1 稀土化合物生成热力学研究
4.3.2 纳米CeO_2细化初生M_7C_3碳化物的机理分析
4.3.3 初生M_7C_3碳化物生长机理探讨
4.4 本章小结
第5章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的力学性能及强韧化机理
5.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的力学性能
5.1.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的硬度
5.1.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的抗弯强度
5.1.3 初生M_7C_3碳化物的断裂韧性
5.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的功函数
5.2.1 堆焊合金的整体功函数
5.2.2 堆焊合金组成相的功函数
5.2.3 堆焊合金整体功函数和力学性能的关系
5.3 纳米CeO_2对堆焊合金力学性能以及功函数影响机理的探讨
5.3.1 堆焊合金力学性能和初生碳化物晶粒尺寸的关系
5.3.2 晶界净化
5.3.3 合金元素偏析
5.3.4 纳米CeO_2对堆焊合金整体功函数的影响机理
5.4 本章小结
第6章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的摩擦学性能
6.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的干滑动磨损行为
6.1.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的滑动磨损率
6.1.2 堆焊合金和Si_3N_4球对磨时的磨痕形貌及磨损机理分析
6.1.3 堆焊合金和YG13球对磨时的磨痕形貌及磨损机理分析
6.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的干砂冲蚀行为
6.2.1 冲蚀角度为90o时堆焊合金的冲蚀磨损量
6.2.2 冲蚀角度为90o时堆焊合金的冲蚀形貌
6.2.3 堆焊合金冲蚀破坏机理
6.3 堆焊合金摩擦学性能和整体功函数的关系
6.4 纳米CeO_2对堆焊合金耐滑动磨损性能和耐冲蚀性能的影响机制
6.4.1 纳米CeO_2对堆焊合金耐滑动磨损性能的影响机制
6.4.2 纳米CeO_2对堆焊合金耐冲蚀性能的影响机制
6.5 本章小结
第7章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的腐蚀行为
7.1 堆焊合金在酸性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为与机理
7.1.1 堆焊合金在酸性3.5wt.%NaCl溶液中的电化学行为
7.1.2 堆焊合金在酸性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀机理
7.2 堆焊合金在近中性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为与机理
7.2.1 堆焊合金在近中性3.5wt.%NaCl溶液中的电化学行为
7.2.2 堆焊合金在近中性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀机理
7.3 堆焊合金在碱性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为与机理
7.3.1 堆焊合金在碱性3.5wt.%NaCl溶液中的电化学行为
7.3.2 堆焊合金在碱性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀机理
7.4 纳米CeO_2提高堆焊合金自腐蚀电位的机理
7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of rare earth elements and their oxides on tribo-mechanical performance of laser claddings: A review[J]. M.M.Quazi,M.A.Fazal,A.S.M.A.Haseeb,Farazila Yusof,H.H.Masjuki,A.Arslan. Journal of Rare Earths. 2016(06)
[2]国产焊材309LNb单层堆焊技术研究[J]. 侯亚芳. 焊接技术. 2015(07)
[3]A Coupled Thermodynamic Model for Prediction of Inclusions Precipitation during Solidification of Heat-resistant Steel Containing Cerium[J]. Yan-dong LI,Cheng-jun LIU,Chun-long LI,Mao-fa JIANG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2015(06)
[4]无渣自保护药芯焊丝的“渣溅”行为[J]. 刘大双,魏艳红,刘仁培. 焊接学报. 2015(05)
[5]铁基合金中M7C3型碳化物的结构分析[J]. 刘莹,徐瑞. 材料热处理学报. 2014(11)
[6]碳化铬复合耐磨板及HARDOX板在泥管中的应用[J]. 蔡鸿兴,贺少华,郑必前. 中国水运(下半月). 2014(08)
[7]基于等离子体的抗冲蚀涂层技术及其在直升机发动机领域的应用[J]. 何光宇,李应红,王健,柴艳,何卫锋. 高电压技术. 2014(07)
[8]石墨对无渣自保护药芯焊丝性能的影响[J]. 刘大双,刘仁培,魏艳红. 材料工程. 2014(07)
[9]铁基硬面堆焊药芯焊丝的开发及应用[J]. 刘振英,张丽. 中国表面工程. 2014(03)
[10]Fe-C-Cr-Nb-B系明弧堆焊合金的显微组织及耐磨性[J]. 丁芬,龚建勋,肖逸锋,许继青. 热加工工艺. 2013(19)
硕士论文
[1]X80管线钢用自保护药芯焊丝工艺研究[D]. 马志宝.天津大学 2009
本文编号：3661536
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 堆焊技术的发展概况
1.2.1 堆焊方法概况
1.2.2 堆焊材料的概况
1.3 自保护药芯焊丝的保护机理
1.4 高铬铸铁型堆焊材料的研究进展
1.4.1 高铬铸铁型堆焊材料的应用
1.4.2 过共晶高铬铸铁堆焊材料的研究现状
1.4.3 Fe-Cr-C-B高铬铸铁型堆焊材料的研究现状
1.4.4 高铬铸铁型堆焊合金相图计算
1.5 M_7C_3碳化物研究
1.5.1 M_7C_3碳化物的结构和缺陷
1.5.2 掺杂对M_7C_3碳化物力学性质和稳定性的影响
1.6 高铬铸铁型堆焊材料的磨损行为
1.6.1 干滑动磨损行为
1.6.2 冲蚀磨损行为
1.7 高铬铸铁堆焊合金的腐蚀行为
1.8 稀土氧化物纳米颗粒改性技术
1.9 本文主要研究内容
第2章 试验材料与研究方法
2.1 堆焊合金体系选择
2.2 纳米添加剂选择
2.3 材料制备工艺
2.3.1 试验原材料选择
2.3.2 自保护药芯焊丝制作工艺
2.3.3 堆焊合金制备工艺
2.4 研究方法
2.4.1 显微组织和成分分析
2.4.2 功函数测试
2.4.3 物相分析
2.4.4 硬度测试
2.4.5 初生碳化物断裂韧性测试
2.4.6 抗弯强度测试
2.4.7 干滑动摩擦磨损试验
2.4.8 干砂冲蚀磨损试验
2.4.9 耐腐蚀性能测试
第3章 自保护药芯焊丝成分设计及堆焊工艺研究
3.1 Fe-Cr-C-B堆焊合金的成分设计
3.1.1 Cr含量的设计
3.1.2 C含量的设计
3.1.3 B含量的设计
3.1.4 Si和Mn含量的设计
3.2 自保护药芯焊丝成分设计
3.2.1 药芯粉体中主要合金元素的含量
3.2.2 自保护药芯焊丝中脱氧元素含量的设计
3.3 堆焊工艺研究
3.3.1 自保护药芯焊丝药芯粉末配方研究
3.3.2 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的制备
3.4 本章小结
第4章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的组织形成与机理
4.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相组成以及物相结构
4.1.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相分析
4.1.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相体积分数
4.1.3 纳米CeO_2改性堆焊合金的物相结构分析
4.2 纳米CeO_2添加剂对堆焊合金组织的影响
4.2.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的显微组织分析
4.2.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的深腐蚀微观组织分析
4.3 纳米CeO_2添加剂细化初生M_7C_3碳化物的机理
4.3.1 稀土化合物生成热力学研究
4.3.2 纳米CeO_2细化初生M_7C_3碳化物的机理分析
4.3.3 初生M_7C_3碳化物生长机理探讨
4.4 本章小结
第5章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的力学性能及强韧化机理
5.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的力学性能
5.1.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的硬度
5.1.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的抗弯强度
5.1.3 初生M_7C_3碳化物的断裂韧性
5.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的功函数
5.2.1 堆焊合金的整体功函数
5.2.2 堆焊合金组成相的功函数
5.2.3 堆焊合金整体功函数和力学性能的关系
5.3 纳米CeO_2对堆焊合金力学性能以及功函数影响机理的探讨
5.3.1 堆焊合金力学性能和初生碳化物晶粒尺寸的关系
5.3.2 晶界净化
5.3.3 合金元素偏析
5.3.4 纳米CeO_2对堆焊合金整体功函数的影响机理
5.4 本章小结
第6章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的摩擦学性能
6.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的干滑动磨损行为
6.1.1 纳米CeO_2改性堆焊合金的滑动磨损率
6.1.2 堆焊合金和Si_3N_4球对磨时的磨痕形貌及磨损机理分析
6.1.3 堆焊合金和YG13球对磨时的磨痕形貌及磨损机理分析
6.2 纳米CeO_2改性堆焊合金的干砂冲蚀行为
6.2.1 冲蚀角度为90o时堆焊合金的冲蚀磨损量
6.2.2 冲蚀角度为90o时堆焊合金的冲蚀形貌
6.2.3 堆焊合金冲蚀破坏机理
6.3 堆焊合金摩擦学性能和整体功函数的关系
6.4 纳米CeO_2对堆焊合金耐滑动磨损性能和耐冲蚀性能的影响机制
6.4.1 纳米CeO_2对堆焊合金耐滑动磨损性能的影响机制
6.4.2 纳米CeO_2对堆焊合金耐冲蚀性能的影响机制
6.5 本章小结
第7章 纳米CeO_2改性Fe-Cr-C-B堆焊合金的腐蚀行为
7.1 堆焊合金在酸性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为与机理
7.1.1 堆焊合金在酸性3.5wt.%NaCl溶液中的电化学行为
7.1.2 堆焊合金在酸性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀机理
7.2 堆焊合金在近中性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为与机理
7.2.1 堆焊合金在近中性3.5wt.%NaCl溶液中的电化学行为
7.2.2 堆焊合金在近中性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀机理
7.3 堆焊合金在碱性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为与机理
7.3.1 堆焊合金在碱性3.5wt.%NaCl溶液中的电化学行为
7.3.2 堆焊合金在碱性3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀机理
7.4 纳米CeO_2提高堆焊合金自腐蚀电位的机理
7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of rare earth elements and their oxides on tribo-mechanical performance of laser claddings: A review[J]. M.M.Quazi,M.A.Fazal,A.S.M.A.Haseeb,Farazila Yusof,H.H.Masjuki,A.Arslan. Journal of Rare Earths. 2016(06)
[2]国产焊材309LNb单层堆焊技术研究[J]. 侯亚芳. 焊接技术. 2015(07)
[3]A Coupled Thermodynamic Model for Prediction of Inclusions Precipitation during Solidification of Heat-resistant Steel Containing Cerium[J]. Yan-dong LI,Cheng-jun LIU,Chun-long LI,Mao-fa JIANG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2015(06)
[4]无渣自保护药芯焊丝的“渣溅”行为[J]. 刘大双,魏艳红,刘仁培. 焊接学报. 2015(05)
[5]铁基合金中M7C3型碳化物的结构分析[J]. 刘莹,徐瑞. 材料热处理学报. 2014(11)
[6]碳化铬复合耐磨板及HARDOX板在泥管中的应用[J]. 蔡鸿兴,贺少华,郑必前. 中国水运(下半月). 2014(08)
[7]基于等离子体的抗冲蚀涂层技术及其在直升机发动机领域的应用[J]. 何光宇,李应红,王健,柴艳,何卫锋. 高电压技术. 2014(07)
[8]石墨对无渣自保护药芯焊丝性能的影响[J]. 刘大双,刘仁培,魏艳红. 材料工程. 2014(07)
[9]铁基硬面堆焊药芯焊丝的开发及应用[J]. 刘振英,张丽. 中国表面工程. 2014(03)
[10]Fe-C-Cr-Nb-B系明弧堆焊合金的显微组织及耐磨性[J]. 丁芬,龚建勋,肖逸锋,许继青. 热加工工艺. 2013(19)
硕士论文
[1]X80管线钢用自保护药芯焊丝工艺研究[D]. 马志宝.天津大学 2009
本文编号：3661536
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