硼、钒元素及氩弧工艺参数对WCp复合涂层组织性能的影响

发布时间：2017-10-07 00:20

  本文关键词：硼、钒元素及氩弧工艺参数对WCp复合涂层组织性能的影响

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【摘要】：在我国的工业领域中,几乎每种机械以及它的零部件都存在相应的磨损问题,给我国经济带来严重损失。采用堆焊方法堆焊高硬度和高耐磨性复合涂层,已经成为了修复零件的重要途径。碳化钨作为常用耐磨涂层增强相,研究合金元素及焊接工艺参数对WC涂层组织和性能的影响具有重要的意义。本文采用氩弧熔覆技术,在Q235低碳钢上制作熔覆复合涂层,探索了不同硼铁含量、钒铁含量和氩弧的工艺参数对碳化钨涂层组织和性能的影响规律。首先,研究了硼铁的添加量与涂层组织及性能之间的关系。研究结果表明,硼铁的加入抑制了WC的原位生成,涂层中块状WC颗粒不断减少,M7C3组织不断增加,加入的硼元素同铁镍发生反应生成了Ni3B和Fe2B二元共晶物质。当硼铁含量由0增加到10%时,熔覆层宏观硬度由32HRC快速增加到54HRC,而当含量超过20%,硬度变化总体不大,硬度值在60HRC左右。在硼铁为20%时,涂层沿截面方向显微硬度最高值可达1578.1HV0.2,相对耐磨性是基体23.5倍,表现出了良好的抗磨损能力。其次,还探索了钒铁的因素对涂层组织以及其力学性能的影响,结果发现,钒铁的含量对堆焊层中组织的种类、数量、大小及堆焊层性能都有着重要影响。不加钒铁时,熔覆层中的相成分为WC、Fe3W3C、Fe7C3及铁基体,加入钒铁后,涂层中生成了WC1-x及VC硬质颗粒。随着钒铁的增多,WC颗粒数量不断减少,颗粒状WC1-x-VC复合碳化物则不断增多,钒铁含量超过10%以后,块状WC消失,颗粒WC1-x、VC组织则变成梅花形、团形及短杆形。性能方面,试样表层的宏观硬度值出现了上升、下降及再上升的变化规律。当钒铁添加量在25%左右时,熔覆层沿截面的微观硬度均值是1600HV0.2,相对磨损值约是基体的1/26。最后,本文还探索了工艺参数对涂层的影响,结果指出,随着电流增大,涂层热输入相应增大,稀释率增加,因此过大电流不利于硬度的提高,电流在130A-150A时可获得质量好的涂层;单层熔覆时,成形好,但稀释率大,多层熔覆时,宏观硬度有所上升;而随着预制块厚度的增加,成形变差,表层硬度先增加后减小,当厚度控制在2.0mm左右时,堆焊层成形和性能可达到较好综合值。
【关键词】：复合涂层 碳化钨 工艺参数 组织性能
【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】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 金属基复合材料概述与分类10-12
• 1.2.1 金属基复合材料概述10-11
• 1.2.2 金属基复合材料的分类11-12
• 1.3 颗粒增强金属基复合材料制备技术12-15
• 1.3.1 原位生成复合材料制备技术12-15
• 1.3.2 强制加入复合材料的制备技术15
• 1.4 钨极氩弧堆焊技术15-18
• 1.4.1 钨极氩弧堆焊的原理16
• 1.4.2 钨极氩弧堆焊的特点16-17
• 1.4.3 钨极氩弧堆焊的应用现状17-18
• 1.5 研究的意义和主要内容18-19
• 1.5.1 研究的意义18
• 1.5.2 研究的主要内容18-19
• 第2章 实验材料及方法19-24
• 2.1 实验材料19
• 2.1.1 基体材料19
• 2.1.2 熔覆材料19
• 2.2 熔覆涂层的制备19-21
• 2.2.1 熔覆材料的配比19-20
• 2.2.2 熔覆材料的制备20-21
• 2.2.3 氩弧熔覆层的制备21
• 2.3 熔覆层的显微组织及相表征21-22
• 2.4 熔覆层的硬度及耐磨性能测试22-24
• 2.4.1 熔覆层的硬度22
• 2.4.2 熔覆层的耐磨性能测试22-24
• 第3章 硼铁对氩弧堆焊WC复合涂层组织性能的影响24-35
• 3.1 硼铁含量的变化对复合涂层组织的影响24-27
• 3.1.1 硼铁含量的变化对复合涂层相影响24-25
• 3.1.2 硼铁含量的变化对复合涂层显微组织影响25-27
• 3.2 硼铁含量的变化对复合涂层硬度和耐磨性的影响27-30
• 3.2.1 硼铁含量对复合涂层宏观硬度的影响27-28
• 3.2.2 硼铁含量对复合涂层磨损性能影响28-30
• 3.3 典型氩弧熔覆B-W-C复合涂层组织与性能30-33
• 3.3.1 P5复合涂层的相组成分析30
• 3.3.2 P5复合涂层的显微组织分析30-32
• 3.3.3 P5复合涂层的显微硬度及耐磨性32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第4章 钒铁对氩弧堆焊WC复合涂层组织性能的影响35-50
• 4.1 高温反应的热力学分析35-36
• 4.2 钒铁含量的变化对复合涂层组织的影响36-42
• 4.2.1 钒铁含量的变化对复合涂层相影响36-37
• 4.2.2 钒铁含量的变化对复合涂层显微组织的影响37-42
• 4.3 钒铁含量的变化对复合涂层硬度和耐磨性影响42-44
• 4.3.1 钒铁含量的变化对复合涂层宏观硬度影响42-43
• 4.3.2 钒铁含量的变化对复合涂层磨损性能影响43-44
• 4.4 典型氩弧熔覆V-W-C复合涂层组织与性能44-49
• 4.4.1 F6涂层的相组成分析45
• 4.4.2 F6涂层的显微组织分析45-47
• 4.4.3 F6涂层的显微硬度及耐磨性分析47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 氩弧熔覆工艺参数对复合涂层质量的影响50-59
• 5.1 熔覆电流大小对复合涂层质量的影响50-53
• 5.1.1 熔覆电流大小对复合涂层表面成形的影响50-51
• 5.1.2 熔覆电流大小对复合涂层组织的影响51-52
• 5.1.3 熔覆电流大小对复合涂层硬度的影响52-53
• 5.2 堆焊层数对复合涂层质量的影响53-55
• 5.2.1 堆焊层数对复合涂层表面成形的影响53-54
• 5.2.2 堆焊层数对复合涂层组织的影响54-55
• 5.2.3 堆焊层数对复合涂层硬度的影响55
• 5.3 预制涂块厚度对复合涂层质量的影响55-58
• 5.3.1 预制涂块厚度对复合涂层表面成形的影响55-56
• 5.3.2 预制涂块厚度对复合涂层组织的影响56-57
• 5.3.3 预制涂块厚度对复合涂层硬度的影响57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士期间参与项目及科研成果65

【共引文献】

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本文编号：985867