明弧堆焊高硼合金的显微组织及耐磨性

发布时间：2017-09-11 11:15

  本文关键词：明弧堆焊高硼合金的显微组织及耐磨性

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【摘要】：高硼合金具有自熔性,即自脱氧性,熔体流动性较好,焊缝成形美观。硼相对资源丰富,可减少W,Mo、Nb和Cr等消耗,显著降低药芯焊丝材料成本。硼合金所含Fe2B主耐磨相热稳定性好、显微硬度高达至1400~1500HV0.1,其耐磨粒磨损性能良好。鉴于以上优点,本文在Fe-Cr-B-C基础上通过优化合金系制备了高硼合金。采用金属粉型药芯焊丝在Q235A上明弧堆焊三层Fe-C-B-Cr系合金,以洛氏、显微硬度计和耐磨粒磨损试验机分别测试合金宏观、显微硬度及其磨损失重;以光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射观察研究合金的显微组织、组织形貌以及相成分。首先,研究了电流对Cr12B4SiMn高硼堆焊合金显微组织及耐磨性的影响。背散射扫描电镜下显示,高硼合金的主耐磨相M2B内置于团状M23(C,B)6中间。电流增大,其四边形M2B数量及其显微硬度的明显提升,而γ-Fe基体消失,M23(C,B)6和α-Fe(M)等相数量减少;Cr12B4SiMn合金随电流增加其宏观硬度先升后降,耐磨性先变好后小幅度波动。耐磨性改善的主要原因是内置式块状M2B的显微硬度和数量显著提升的结果所致,该合金主要磨损机制表现为显微断裂。接着,采用单一组分变量法分别研究了Fe-B、B4C、Mn、Si等组分对高硼明弧合金组织及性能影响。试验表明,含硼组分对焊缝成型、残留熔渣量影响较为明显。Fe-B组分增加时,初生M2B增多,初生硼碳化物M23(C,B)6也增多,合金硬度增大,裂纹敏感倾向加大。B4C升高时,合金晶粒先细化,接着初生相M23(C,B)6变粗,磨粒磨损测试时,硬质相呈块状剥落,致使耐磨性降低。Mn/Si常用于联合脱氧,其中Si是缩小奥氏体区元素,改善熔体流动性,减小飞溅;当硅含量上升时,高硼合金硬度提升,主要因为Si固溶于γ-Fe和α-Fe基体,促进碳原子聚集,致使其硼碳化物集中分布,而初生硼碳化物M23(C,B)6的形态、尺寸和数量对合金硬度影响显著。Mn是奥氏体稳定化合金元素,降低Ms点,适量Mn可增加γ-Fe,对合金韧性有利,试验显示Mn对合金宏观硬度影响不大,对耐磨性影响却较为明显。作为外加强化相,WC/W2C对高硼药芯焊丝的工艺性能及其合金性能都有较大影响。WC/W2C量合适时,焊接过程中飞溅小且少,颗粒过渡较快,堆焊层表面成型好,光亮近于无渣,无孔洞、夹渣等缺陷。WC/W2C促进了高硼合金中M7C3的形成;钨具有固溶强化作用,致使马氏体减少,奥氏体微升,其合金组织呈定向生长。Ti对碳原子亲和力强,生成TiC颗粒(其显微组织硬度为3200~3800HV0.1),弥散分布;TiC相先期形成消耗合金的碳含量,减少了M23(C,B)6中硼含量而使其相韧性得到改善,并以TiC颗粒为非均质形核核心,从而使组织得到细化,提高了合金的耐磨性。但Ti过量,会使焊接气氛还原性太强,对碳化物合成反应起到抑制作用,反而降低合金耐磨性,不宜加入过量。
【关键词】：高硼 明弧 自保护 堆焊 耐磨性
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG455
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 硼的来源11-12
• 1.1.1 硼铁11-12
• 1.1.2 碳化硼12
• 1.1.3 颗粒硼12
• 1.2 硼合金研究现状12-18
• 1.2.1 低硼合金12-13
• 1.2.2 高硼合金13
• 1.2.3 高硼合金制造方法13-15
• 1.2.4 堆焊合金材料15-17
• 1.2.5 耐磨材料17-18
• 1.3 研究内容及目标18-20
• 1.3.1 研究目标及意义18
• 1.3.2 研究内容18-20
• 第2章 合金设计及实验流程20-26
• 2.1 合金系选择与配方设计20-23
• 2.2 实验材料及设备23
• 2.2.1 实验材料23
• 2.2.2 实验设备23
• 2.3 实验流程23-26
• 2.3.1 拉制药芯焊丝23-24
• 2.3.2 堆焊合金制备24
• 2.3.3 洛氏硬度测试24
• 2.3.4 制备金相24-25
• 2.3.5 XRD相组成分析25
• 2.3.6 磨损试验25-26
• 第3章 明弧高硼堆焊合金组织及性能的研究26-42
• 3.1 电流对高硼堆焊合金组织及性能的影响26-32
• 3.1.1 堆焊电流及工艺性能26-27
• 3.1.2 相组成及显微分析27-30
• 3.1.3 明弧高硼堆焊合金的耐磨性30-32
• 3.2 硼对明弧高硼合金组织及性能的影响32-36
• 3.2.1 硼铁系明弧高硼合金组织33-35
• 3.2.2 硼铁系高硼明弧合金性能35-36
• 3.3 B_4C对高硼堆焊合金组织及性能的影响36-40
• 3.3.1 相组成分析36
• 3.3.2 显微组织分析36-38
• 3.3.3 硬质相形貌38-39
• 3.3.4 B_4C对高硼明弧堆焊合金硬度和耐磨性的影响分析39-40
• 3.4 小结40-42
• 第4章 Mn、Si、Mo对高硼堆焊合金组织及性能影响影响42-55
• 4.1 Fe-Si对高硼堆焊合金组织及性能影响分析42-46
• 4.1.1 相组成和显微组织分析42-45
• 4.1.2 堆焊合金性能分析45-46
• 4.2 Fe-Mn对堆焊合金组织及性能影响分析46-50
• 4.2.1 焊丝工艺性能46
• 4.2.2 相组成及显微分析46-49
• 4.2.3 堆焊合金性能分析49-50
• 4.3 Fe-Mo对高硼合金组织及性能的影响50-53
• 4.3.1 Mo对药芯焊丝工艺性能影响50
• 4.3.2 相分析及显微组织分析50-52
• 4.3.3 高硼合金耐磨性52-53
• 4.4 小结53-55
• 第5章 WC颗粒、Fe-Ti对高硼明弧堆焊合金组织和性能影响55-66
• 5.1 WC颗粒对高硼堆焊合金组织及性能影响分析55-60
• 5.1.1 焊丝工艺性能55-56
• 5.1.2 相组成及显微分析56-59
• 5.1.3 堆焊合金性能分析59-60
• 5.2 Fe-Ti对高硼合金的显微组织及耐磨性的影响60-65
• 5.2.1 加Fe-Ti的高硼合金药粉配制60-61
• 5.2.2 相组成及显微分析61-64
• 5.2.3 堆焊合金性能分析64-65
• 5.3 小结65-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 6.1 高硼明弧堆焊合金组织及性能66-67
• 6.2 课题展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间已公开发表的论文73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：830403