MC细化亚共晶Fe-Cr-C合金中初生奥氏体及第一性原理计算

发布时间：2020-05-09 11:12

【摘要】：堆焊技术是表面工程技术的重要手段之一。采用堆焊方法,可以在零部件表面获得具有耐磨、耐热或耐蚀等特殊性能的合金层,目前在增材制造领域广泛应用。亚共晶Fe-Cr-C堆焊合金初生相为奥氏体(g-Fe),与初生相为M_7C_3碳化物的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金相比不易剥落和开裂,但其耐磨性较差。所以,本论文拟在亚共晶Fe-Cr-C堆焊合金加入微合金化元素M(M=V?Nb?Ti),通过细化初生奥氏体后,提高合金的塑性和硬度,使合金具有更高的耐磨性。本文以亚共晶Fe-Cr-C堆焊合金为研究对象,分别制备加入不同含量的C和Nb,C和Nb的比例保持为1:2以及加入Ti和V元素的六种堆焊涂层试样,研究微合金元素M(Nb?Ti和V)对亚共晶Fe-Cr-C堆焊合金试样显微组织和耐磨性的影响。采用Bramfitt二维点阵错配度理论计算NbC成为奥氏体异质形核核心的有效性;采用第一性原理,在计算NbC的弹性常数、显微硬度、杨氏模量、各向异性因子、泊松比基础上,计算NbC/g-Fe界面结合能和界面键合等性质,分析NbC对g-Fe细化机制。本文对堆焊合金试样进行荧光和硫、碳成分分析,合金的实际化学成分符合预期设计要求。根据合金的化学成分,进行了相图计算。结果表明堆焊合金初生相为奥氏体(g-Fe),为亚共晶组织。XRD相组成结果表明,#1和#2试样的主要相组成为g-Fe和(Fe,Cr)_7C_3碳化物,#3和#4试样的主要相组成为g-Fe、(Fe,Cr)_7C_3碳化物和NbC,#5试样的主要相组成为g-Fe、(Fe,Cr)_7C_3碳化物和TiC,#6试样的主要相组成为g-Fe、(Fe,Cr)_7C_3碳化物和VC。堆焊合金的金相显微组织分析表明,#4试样组织最为细小,#6试样组织球化程度较大。SEM分析表明,初生奥氏体围绕着NbC和TiC生长,VC则少量存于初生奥氏体中。显微硬度与宏观洛氏硬度试验分析表明,#4试样洛氏硬度值最高,#6试样次之。纳米压痕分析表明,NbC的纳米压痕硬度较高。磨损试验表明,#4试样磨损量最小,#6试样次之。计算结果表明,NbC/g-Fe的错配度为8.35%,表明NbC作为奥氏体的异质形核核心是中等有效的;NbC-C(Nb)-OT、NbC-C(Nb)-MT、NbC-C(Nb)-HCP界面的原子间距分别为3.461?、2.924?、2.648?,界面结合能分别为0.59J/m~2、0.72J/m~2、1.07J/m~2,说明NbC-C(Nb)-HCP界面原子结合力最强,原子间距最小,界面最稳定。
【图文】：

药粉和钢带通过相关工艺制造。钢带通过多道轧制至发生较好的塑形变形，形成“U”型截面。将药粉放置于传送带后被运送至“U”型槽。之后用成型轧轮将其卷至为“O”型截面。再经过多道拉拔缩减焊丝周长以制成成品焊丝。图 2-1 为 ZXG3-300-1 型直流焊机示意图，采用焊机，通过熔化极惰性气体保护焊方式堆焊六组试样。惰性气体采用氩气。堆焊时造成的高温环境会导致金属被氧化，而氩气作为惰性气体，化学性质不活泼，可以有效隔离空气中的氧气和氮气，防止金属被氧化或氮化。为防止母材污染堆焊层，Fe-Cr-C 合金熔覆层堆焊为 11 层。将如表 2-2 所示化学成分药芯焊丝熔敷于 Q235 母材上。采用电火花线切割机将试样按照各类试验所需尺寸要求切割至成指定尺寸。采用 150 目、400 目、600 目、800 目、1000 目、1200 目、1500 目和 2000 目砂纸对试样进行打磨。使用抛光机和抛光膏对试样进行机械抛光，至表面光滑无划痕。再用棉花蘸取清水将表面残余如抛光膏等污染物清洗干净。随后用酒精清洗试样表面，，再用吹风机将试样吹干，之后用干净滤纸将其包裹，最后将制备好的试样放置于试样袋中并做好标记。

图 2-2 D/max-2500/PC 型 X 射线衍射仪结构简图相组织观察与晶粒尺寸统计制备六组尺寸为 8mm×8mm×5mm 的堆焊合金试样，将六组堆焊合150 目依次打磨至 2000 目。试样的打磨过程主要分为粗磨(150 目~00 目~2000 目)两部分。首先采用 150 目砂纸对堆焊合金试样进行打面铁锈、油污、电解液等物质，之后采用 400 目砂纸对试样进行0 目砂纸摩擦造成试样的变形，以此类推，最后采用 2000 目砂纸进过程中，须注意按照一定的方向进行移动，以保证试样表面摩擦，之后调整 90°后进行下一道砂纸程序，确保新、旧磨痕垂直；与台干净整洁、无杂物，最好将砂纸置于平整的玻璃板上，以防其形成较大、不易消除的划痕。最后，将试样打磨至试样表面磨痕光。抛光主要分为机械抛光、电解抛光和化学抛光，机械抛光是
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG455

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本文编号：2656053