含WC镍基合金粉末熔覆工艺及熔覆层组织和性能研究

摘要

耐磨件工作时，受到摩擦作用使零件尺寸改变而失效。为了提高其使用性能、延长其服役寿命，本文采用氩气保护电阻炉熔覆技术，以不同熔覆工艺参数(熔覆温度分别为1200℃、1230℃、1260℃，保温时间分别为10min、30min、50min)，在A3钢板表面制备一层厚度为1～2mm的WC增强镍基熔覆层，采用OM、SEM、XRD、显微硬度仪、洛氏硬度仪及磨损试验机等检测设备，分析碳化钨的分布、熔覆层组织特征及相的组成、钢板基体组织及结合方式，测试熔覆层显微硬度、洛氏硬度，进行磨损试验及磨损形貌的观察，优化熔覆层合金粉末中碳化钨含量及熔覆工艺。
　　研究结果表明:熔覆试样由钢板基体、过渡层和熔覆层三部分组成，在1230℃最高熔覆温度下保温时间10min时，试样熔覆层表面平整、过渡层宽度为150um～250um，碳化钨分解量少。过渡层中各元素含量介于钢板和熔覆层粉末中元素的含量，各元素扩散充分，钢板和熔覆层以冶金结合为主。
　　熔覆层组织主要包括粘结相、碳化钨及镍基自熔性合金粉末形成的硬质相。XRD分析结果显示，熔覆层粘结相主要是奥氏体，其包括Fe0.64Ni0.36和Ni2.9Cr0.7Fe0.36等相;碳化钨主要包括WC和W2C;硬质相主要由碳化物及硼碳复合化合物等相组成，其中碳化物则分别以M23C6和M7C3两种形式存在。距离过渡层较近的钢板基体组织以珠光体为主。
　　随着碳化钨含量的增加，熔覆层的洛氏硬度不断提高;当碳化钨含量为35％时，熔覆层洛氏硬度值为47.3HRC，是钢板基体硬度值的3倍以上，比65Mn提高约25％。熔覆层中粘结相显微硬度为654.9HV、碳化钨为1695.3HV。
　　随着碳化钨含量的增加，磨损率总体上呈现先减小后增加的趋势，当碳化钨含量在35％时耐磨性最好，磨损率为0.08mg/m，约是钢板基体耐磨性5倍，约是65Mn耐磨性4倍。试样端面磨损形貌中犁沟数量少、深度浅，碳化钨等硬质颗粒剥落量少。
　　综上所述，当熔覆层合金粉末中碳化钨含量为35％，熔覆温度为1230℃、保温时间为10min时，熔覆层表面平整，与钢板基体达到冶金结合，熔覆层组织主要包括粘结相、碳化钨及镍基自熔性合金粉末形成的硬质相，其中碳化钨均匀分布在熔覆层中;洛氏硬度为47.3HRC，比65Mn提高约25％;磨损率为0.08mg/m，约是65Mn耐磨性4倍，具有良好的综合性能。该技术可广泛应用于对耐磨件表面改性及修复。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 表面技术概况

1．2．1 表面技术的发展

1．2．2 表面技术的分类

1．3 表面熔覆技术的发展及应用

1．3．1 激光熔覆技术

1．3．2 热喷涂技术

1．3．3 感应熔覆技术

1．3．4 堆焊技术

1．3．5 真空熔覆技术

1．3．6 非真空电阻炉熔覆技术

1．4 课题的提出

1．5 课题的研究目标及内容

1．6 课题的研究技术路线

2 试样的制备及组织性能检测方法

2．1 基体材料的选择及预处理

2．2 熔覆层材料的设计

2．2．1 合金粉末的成分设计

2．2．2 硬质颗粒的选择

2．3 熔覆工艺设计及设备的选择

2．4 熔覆层的制备过程

2．4．1 粉末材料的选择

2．4．2 粉末涂覆工艺

2．4．3 熔覆层干燥工艺

2．4．4 熔覆层烧结工艺

2．5 显微组织观察及分析

2．5．1 金相组织观察

2．5．2 扫描电子显微镜观察及能谱分析

2．5．3 X射线衍射物相分析

2．6 性能检测

2．6．1 显微硬度测试

2．6．2 洛氏硬度测试

2．5．3 磨损试验

3 熔覆工艺的研究

3．1 熔覆温度对熔覆层表面质量的影响

3．2 保温时间对过渡层的影响

3．3 熔覆工艺参数对碳化钨稳定性影响

3．4 本章小结

4 熔覆层及结合界面组织研究

4．1 试样的组织结构

4．2 过渡层分析结果

4．2．1 过渡层的能谱分析结果

4．2．2 过渡层的线扫描分析结果

4．3 熔覆工艺对钢板基体组织的影响

4．3．1 基体材料的组织结构

4．3．2 熔覆工艺后基体钢板的组织结构

4．4 熔覆层的组织结构分析

4．4．1 碳化钨在熔覆层中的分布

4．4．2 熔覆层的组织结构分析

4．4．3 熔覆层的物相分析

4．5 本章小结

5 碳化钨对熔覆层性能的影响

5．1 碳化钨对熔覆层洛氏硬度的影响

5．2 碳化钨对熔覆层中显微硬度梯度的影响

5．3 碳化钨对熔覆层耐磨性的影响

5．3．1 磨损试验测试结果

5．3．2 碳化钨对熔覆层磨损形貌的影响

5．4 本章小结

6 主要结论

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果

致谢