Fe-C-B-Cr-Nb系耐磨堆焊层的组织与性能

发布时间：2017-04-30 01:15

  本文关键词：Fe-C-B-Cr-Nb系耐磨堆焊层的组织与性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代工业的生产节奏及效率越来越快，机械设备及零部件的磨损失效问题日益严重，给生产企业带来巨大的经济损失。通过对磨损件的堆焊修复，可以使受损的零部件再次正常使用，这样就减少了工件的更换次数，提高了设备的利用率，降低了企业的生产成本，为企业创造了经济效益。因此，研究耐磨堆焊材料，提高材料自身耐磨性能有重要意义。 本文采用自制药芯焊丝，使用药芯焊丝自保护堆焊方法在Q235钢板上制备Fe-C-B-Cr-Nb系耐磨堆焊金属层，利用金相显微镜、扫描电镜、XRD物相测定、宏观硬度测试、磨料磨损试验、冲击韧度试验等方法，研究了CaB_6、B_4C及铌铁加入量变化对耐磨堆焊金属组织和性能的影响规律。 本次试验所得到的堆焊金属显微组织主要由奥氏体+少部分马氏体+(Cr,Fe)7(C,B)3等组成。B元素可以使Fe-C-Cr系合金的共晶点左移，降低共晶区域的含碳量，随着CaB_6及B_4C加入量的增加，堆焊金属中一次析出物数量增加，体积增大。Nb元素在结晶过程中有细化晶粒的作用，铌铁的加入使得堆焊金属中除上述组织外，还有部分NbC出现。提高铌铁加入量，堆焊金属中一次析出物体积尺寸减小，数量相对增加。 堆焊金属中硼、碳和铌元素含量的增加，其宏观硬度近似线性增加。不含硼元素的堆焊金属平均宏观硬度为53.0HRC，含硼量最高的堆焊金属平均宏观硬度可达到58.8HRC。堆焊金属的含铌量由0增加至1.93%时，其宏观硬度由54.0HRC提高到57.8HRC。 Fe-C-B-Cr系堆焊金属在磨粒磨损过程中，材料的主要磨损机制是显微切削和局部断裂剥落。堆焊金属的耐磨粒磨损性能随药芯焊丝中CaB_6加入量的增加，呈现先增加后减少的趋势，药芯焊丝中CaB_6加入量达到3.0%时，堆焊金属的耐磨性最好，相对耐磨性是Q235基体的3.3倍。继续提高焊丝药粉中CaB_6加入量，堆焊金属内析出过多脆硬一次碳硼化物，，失去基体的保护，磨损时剥落较多，耐磨性下降。堆焊金属的耐磨粒磨损性能随药芯焊丝中B_4C和铌铁加入量的增加，呈现逐渐提高的趋势，药芯焊丝中B_4C加入量达到6.0%时，堆焊金属的耐磨性最好，相对耐磨性是Q235基体的4.3倍。药芯焊丝中铌铁加入量达到6.0%时，堆焊金属的耐磨性最好，相对耐磨性是Q235基体的3.46倍。 SEM断口分析可知，堆焊金属冲击试样主要为脆性断裂。堆焊金属内析出的硬质相与共晶基体的结合强度较低，这些硬质相的边缘或尖角位置容易造成应力集中或位错塞积，增加解理萌生点数量，降低材料的韧性。当碳硼元素含量较低时，堆焊金属组织内析出碳硼化物硬质相的数量较少，堆焊试样冲击断口以穿晶解理断裂为主；提高堆焊金属内碳硼元素含量，析出硬质相数目增加，断裂机制以沿晶断裂为主。铌元素的添加不仅使得一次碳硼化物体积减小，同时还能细化共晶奥氏体晶粒，提高堆焊金属冲击韧性。
【关键词】：耐磨堆焊 Fe-C-Cr-B-Nb合金 冲击韧性 药芯焊丝
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG455
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题的背景及意义10
• 1.2 常用耐磨材料及其研究现状10-15
• 1.2.1 奥氏体高锰钢11-12
• 1.2.2 低合金耐磨钢12
• 1.2.3 镍硬铸铁12
• 1.2.4 低铬白口铸铁12-13
• 1.2.5 高铬铸铁13
• 1.2.6 耐磨硬质合金13-14
• 1.2.7 双金属复合耐磨材料14-15
• 1.3 耐磨堆焊材料的研究进展15-17
• 1.3.1 耐磨堆焊材料合金体系15-16
• 1.3.2 常见耐磨堆焊材料16-17
• 1.4 影响堆焊层组织及性能的因素17
• 1.5 材料韧性的测定及影响因素17-18
• 1.6 课题研究内容及意义18-20
• 第2章 试验材料、方法及设备20-28
• 2.1 试验材料20-21
• 2.2 试验方法及设备21-28
• 2.2.1 药芯焊丝的制备21-22
• 2.2.2 堆焊工艺的选择及堆焊试样制备22-23
• 2.2.3 堆焊金属成分与显微组织分析23-24
• 2.2.4 堆焊金属性能测定24-28
• 第3章 CaB_6对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属组织与性能的影响28-48
• 3.1 Fe-C-B-Cr 典型堆焊金属组织结构特点28-32
• 3.2 热影响区组织结构特点32-36
• 3.2.1 熔合区组织结构特点33-34
• 3.2.2 过热区组织结构特点34-35
• 3.2.3 相变重结晶区组织结构特点35
• 3.2.4 不完全重结晶区组织结构特点35-36
• 3.3 CaB_6对堆焊合金显微组织的影响36-38
• 3.4 CaB_6对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属性能的影响38-45
• 3.4.1 堆焊金属的硬度及耐磨性38-40
• 3.4.2 Fe-C-B-Cr 堆焊金属磨痕分析40-43
• 3.4.3 CaB_6对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属冲击韧性的影响43-45
• 3.5 本章小结45-48
• 第4章 B_4C 对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属组织与性能的影响48-60
• 4.1 B_4C 对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属组织的影响48-50
• 4.1.1 B_4C 对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属成分的影响48
• 4.1.2 B_4C 对 Fe-C-B-Cr 堆焊合金组织的影响48-50
• 4.2 B_4C 对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属性能的影响50-59
• 4.2.1 Fe-C-B-Cr 堆焊金属的硬度及耐磨性50-52
• 4.2.2 Fe-C-B-Cr 系堆焊金属磨痕分析52-56
• 4.2.3 B_4C 对 Fe-C-B-Cr 堆焊金属冲击韧性的影响56-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 铌铁对 Fe-C-B-Cr-Nb 堆焊金属组织与性能的影响60-74
• 5.1 铌对 Fe-C-B-Cr-Nb 堆焊金属组织的影响60-65
• 5.1.1 铌对 Fe-C-B-Cr-Nb 堆焊金属成分的影响60-61
• 5.1.2 铌在铁基合金中的存在形式61-62
• 5.1.3 Nb 对 Fe-C-B-Cr-Nb 系堆焊合金显微组织的影响62-65
• 5.2 铌铁对 Fe-C-B-Cr-Nb 堆焊金属性能的影响65-72
• 5.2.1 Fe-C-B-Cr-Nb 堆焊金属硬度和耐磨性65-67
• 5.2.2 Fe-C-B-Cr-Nb 堆焊金属磨痕分析67-70
• 5.2.3 铌铁对 Fe-C-B-Cr-Nb 堆焊金属冲击韧性的影响70-72
• 5.3 本章小结72-74
• 第6章 结论74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨威;王欣;张永生;李军伟;李本深;;高铬铸铁耐磨堆焊埋弧药芯焊丝研究[J];中国表面工程;2007年04期

2 魏建军;潘健;黄智泉;许健;王欣;;耐磨堆焊材料在水泥工业的应用现状及发展前景[J];中国表面工程;2009年05期

3 赵培峰;国秀花;宋克兴;;高锰钢的研究与应用进展[J];材料开发与应用;2008年04期

4 陈邦固,王秀文,刘继元,冯灵芝,陈洪霖;药芯焊丝生产工艺及设备的国内外进展[J];焊接技术;1997年05期

5 孟庆森,吴建灵;奥氏体合金堆焊金属抗冲击磨损特性分析[J];机械管理开发;2002年02期

6 符莉，翟启杰，郑光华;冷硬铸铁中富Nb相形态及分布的研究[J];金属学报;1996年02期

7 子澍;张学昆;;镍硬铸铁的硬化原则及影响因素[J];现代铸铁;2010年04期

8 闫永生;朱洪波;孙小亮;华勤;翟启杰;;Nb强化铸铁机理的基础研究[J];现代铸铁;2011年02期

9 李力军,杨瑞林;TiC硬质合金颗粒复合耐磨材料的研究[J];硬质合金;1995年04期

10 子澍;;含铌铸铁冶金学基础[J];铸造技术;2008年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 白范雄;高硬度高韧性耐磨埋弧堆焊用药芯焊丝的研制[D];湘潭大学;2006年

  本文关键词：Fe-C-B-Cr-Nb系耐磨堆焊层的组织与性能，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：335988