机械搅拌对Q235钢表面明弧堆焊Fe-Cr-C系合金显微组织及耐磨性的影响

发布时间：2017-10-05 15:38

  本文关键词：机械搅拌对Q235钢表面明弧堆焊Fe-Cr-C系合金显微组织及耐磨性的影响

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【摘要】：明弧堆焊技术能在金属材料表面熔覆一层具有特殊性能的材料,这样可以使得某些性能普通的材料具有某些合金成分的特殊性能,这种技术不仅节约了某些稀有金属资源,还为生活生产节约了成本,但在Fe-Cr-C系高铬合金堆焊产品中,常常发现堆焊层中存在严重的裂纹,使得堆焊层的性能不能完全发挥,阻碍了该项技术在表面工程领域的发展进程。为了解决此问题,本文首次提出了机械搅拌辅助明弧堆焊复合新技术,本文的研究涵盖了复合技术所制备熔覆涂层的组织凝固特征、宏观形貌、微观组织和性能等主要内容。针对高铬合金中碳化物呈网状分布,使得熔覆层内存在较大的应力集中,造成熔覆层出现裂纹这一情况,通过自改装的设备,用明弧药芯焊丝在Q235钢表面堆焊制造熔覆层的过程中,对焊接熔池进行机械搅拌的方法,获得了弥散分布的堆焊层亚共晶组织,熔覆层的裂纹大量减少,耐磨性大大提高。实验分两步进行：首先,通过科学的正交实验探索出了一套适合本实验环境的焊接参数,然后,结合探索出的焊接参数,再对熔覆层进行机械搅拌。实验完成后,借助XRD、SEM、TEM、EDS和OM,分析了堆焊层中的物相组成,观察了堆焊层的宏观和微观组织形貌。运用洛氏硬度计、三体磨料磨损试验机和动载冲击磨料磨损试验机测定了堆焊层的表面硬度和磨损性能。研究结果如下：1、经过正交实验后获得的最优焊接参数为：焊接电压是3 1 V,焊接速度是0.5 m·min-1,送丝速度是6 m·min-1；此时获得的堆焊层具有最好的耐磨性。2、焊接参数不一样时堆焊层中的显微组织不一样,焊接热输入低时微观组织为：针片状的奥氏体与M7C3型碳化物形成的共晶组织；焊接热输入高时微观组织为：网状合金奥氏体与碳化物和奥氏体的“菊花”状共晶组织共同构成的亚共晶组织；且焊层中碳化物生长具有方向性,奥氏体呈网状分布没有方向性,碳化物中存在着平行于其生长方向的层错。3、对焊接熔池施加旋转式机械搅拌后,与不加机械搅拌获得的明弧堆焊层相比,在相同焊缝长度内此堆焊层表面光滑平整,裂纹量减少了80%。此时堆焊层中的初生相为奥氏体,由此初生奥氏体与片状(Fe,Cr)7C3碳化物和奥氏体形成的共晶组织共同构成了堆焊层的亚共晶组织,这种共晶组织的分布形态受网状奥氏体枝晶间距的影响,在枝晶间距合适的地方便形成了菊花状物质。4、对焊接熔池施加旋转式机械搅拌后,与不加机械搅拌获得的明弧堆焊层相比,此堆焊层硬度提高了18.8%,耐冲击磨料磨损性能提高了2倍；随着搅拌速度的增加,此堆焊层的抗冲击磨料磨损性能为先增加后下降。
【关键词】：高铬合金 明弧堆焊 正交实验 机械搅拌 显微组织 耐磨性
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG455;TG457.11
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 Q235钢概述12-14
• 1.1.1 Q235钢的优缺点12-13
• 1.1.2 表面工程在Q235钢上的运用13-14
• 1.1.3 明弧堆焊技术在Q235钢表面的运用14
• 1.2 耐磨堆焊金属材料的研究进展14-18
• 1.2.1 耐磨白口合金15
• 1.2.2 高锰钢15-16
• 1.2.3 镍硬合金16
• 1.2.4 高铬白口合金16-18
• 1.3 影响高铬堆焊合金耐磨性的主要因素18-23
• 1.3.1 合金元素的影响18-21
• 1.3.2 合金中的碳化物21-23
• 1.4 加工工艺对堆焊高铬合金性能的影响23-28
• 1.4.1 热处理23-24
• 1.4.2 机加工对高铬合金中碳化物的影响24
• 1.4.3 凝固过程对焊接熔池的影响24-25
• 1.4.4 变质剂对熔池中碳化物形成的影响25-26
• 1.4.5 合金化对堆焊层性能的影响26-27
• 1.4.6 数值模拟方法在合金凝固过程中的应用27-28
• 1.5 选题意义及主要研究内容28-32
• 1.5.1 选题意义28-30
• 1.5.2 主要研究内容30-32
• 第二章 实验设计及分析测试手段32-42
• 2.1 焊接材料的准备32-35
• 2.1.1 焊接母材的选取33
• 2.1.2 堆焊合金的确定33-35
• 2.2 焊接实验参数的确定35-36
• 2.2.1 正交实验表的确定35-36
• 2.2.2 机械搅拌速度的确定36
• 2.3 实验设计及结果36-38
• 2.3.1 正交实验36-37
• 2.3.2 机械搅拌实验37-38
• 2.4 组织及性能的分析测试38-41
• 2.4.1 正交实验所得样品的检测手段38-40
• 2.4.2 机械搅拌实验所得样品的检测手段40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 实验设备的改装42-48
• 3.1 背景及意义42-43
• 3.2 设计思路43-45
• 3.3 改装过程45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 堆焊层组织的硬度及耐磨性48-74
• 4.1 有无机械搅拌辅助堆焊后焊层裂纹的对比48-49
• 4.2 物相分析49-51
• 4.2.1 正交实验获得样品的物相分析49-50
• 4.2.2 施加机械搅拌后堆焊层的物相分析50-51
• 4.3 显微组织51-66
• 4.3.1 无机械搅拌的金相及扫描电镜分析51-56
• 4.3.2 加入机械搅拌后的金相及扫描电镜分析56-60
• 4.3.3 透射电镜分析60-66
• 4.4 堆焊层硬度及耐磨性66-72
• 4.4.1 正交实验所得堆焊的硬度及耐磨性66-68
• 4.4.2 机械搅拌后所得堆焊层硬度及耐磨性68-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 5.1 结论74
• 5.2 展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-84
• 附录84

【参考文献】

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本文编号：977611