高铬自保护明弧堆焊无渣耐磨药芯焊丝的研究

摘要

金属粉型药芯焊丝自保护明弧堆焊无渣合金方法具有可连续作业而无需清渣、熔敷效率高、节能省材等优点,所制备堆焊合金硬度高、耐磨性好,已应用于水泥输送管、磨煤辊等零件表面耐磨层。目前,由于金属粉型自保护无渣药芯焊丝的研制难度远大于渣和气保护药芯焊丝,致使市售自保护明弧药芯焊丝多从国外进口或者由外商独资企业生产,价格高昂,且性能仍难以令人满意,如抗裂性、飞溅等。针对上述问题,经过大量试验,研究了一种Fe-Cr-C-B-Si系金属粉型自保护明弧堆焊无渣药芯焊丝,该焊丝具备电弧稳定性好、飞溅小和焊后表面残渣极少,接近无渣的优点,满足实用要求。
　　首先,针对药芯焊丝工艺性能要求,考察了SiC、Fe-Si、B4C、Fe-B和石墨等药芯组份对其自保护性能的影响,并用XRD分析表面残渣组成。试验结果显示,合金表面微量残渣主要由Al2O3和FeBO3组成,上述组份均显著影响其自保护性能,但其作用有所区别,如由含碳组份如石墨、B4C等氧化和分解氧化产生的气体起到对熔融金属的主导保护作用,含硅和含硼组份提供Si、B原子则形成数量较多的易熔共晶而改善焊缝成形,也起到自脱氧作用。药芯焊丝中适量的含硼、含硅和含碳组份配置可以获得无渣堆焊合金,其中加入形式不同,高温下供给原子的活性不同而影响其表面残渣量。
　　其次,借助光学显微镜(OM)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其附属电子能谱仪(EDS)等手段,研究了 SiC、Fe-Si、B4C、Fe-B和石墨等组份对自保护明弧堆焊合金显微组织和性能。试验结果表明,随着含碳和含硼组份增加,其组织呈现出亚共晶→共晶→过共晶转变,但加入形式不同,其组织形态各异,其中SiC和B4C可以使组织显著细化,而Si则可使碳原子的聚集倾向增加,因而加入适量可使包括耐磨相如M23C6相等数量增加,但Si过量则石墨化倾向增加,阻碍碳化物的形成,致使堆焊合金韧性和耐磨性下降。此外,试验结果还显示,其M23C6相是由先形成富铬的中间过渡相M6C转变而来,其中Mn可以促使其过渡转变。
　　最后,采用湿砂橡胶磨损试验机考察了明弧堆焊无渣合金的耐磨性,并结合表面磨损形貌分析了其磨损机理。结果表明:自保护明弧堆焊合金具有较为优异的耐磨性,其耐磨性与其耐磨相的数量、尺寸和分布有关。由于Fe4N、Fe2N等脆性相存在,其磨损机理由显微切削和显微剥落两种方式共存。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 自保护药芯焊丝的研究现状

1.3 自保护明弧堆焊

1.4 研究内容和意义

第2章 实验设计

2.1 自保护药芯焊丝合金系

2.2 自保护药芯焊丝及明弧堆焊合金制备

2.3 自保护药芯焊丝的工艺性能研究

2.4 堆焊合金显微组织及成分研究

2.5 堆焊合金耐磨损性能研究

2.6 小结

第3章 硅对药芯焊丝自保护堆焊合金性能的影响

3.1 硅的加入方式

3.2 硅对高铬药芯焊丝自保护堆焊工艺性能的影响

3.3 碳化硅含量对明弧堆焊合金的组织和性能的影响

3.4 硅铁含量对明弧堆焊合金的组织和性能的影响

3.5 小结

第4章 硼对药芯焊丝自保护堆焊合金性能的影响

4.1 硼的加入方式

4.2 硼对高铬药芯焊丝自保护堆焊工艺性能的影响

4.3 碳化硼含量对明弧堆焊合金组织和性能的影响

4.4 硼铁含量对明弧堆焊合金组织和性能的影响

4.5 小结

第5章 碳对药芯焊丝自保护堆焊合金性能的影响

5.1 石墨对焊丝工艺性能的影响

5.2 显微组织分析

5.3 耐磨性分析

5.4 小结

第6章 结论和展望

6.1药芯焊丝自保护明弧堆焊工艺性能

6.2明弧堆焊合金组织及性能

6.3 本课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已公开发表的论文