埋弧和自保护明弧高铬耐磨堆焊药芯焊丝的研究

摘要

高铬合金含有显微硬度高的M7C3等硬质相颗粒,且不含Nb、Mo和Ni等贵重的合金元素,这使其兼具良好的耐磨性和经济性,已被广泛应用于先进机械零件制造或再制造耐磨合金层。然而,我国耐磨高铬合金仍以铸造形式为主,零件整体材料成本高。相比之下,在Q235等低碳钢基体堆焊高铬耐磨合金层所需材料成本低,磨损后也便于修复。为此,本文优化合金系统,调节堆焊工艺参数以改变其碳化物等组织形态,采用药芯焊丝埋弧焊或自保护明弧焊方式,制备了高铬堆焊合金。通过光学显微镜、扫描电镜、X-射线衍射仪、附属电子能谱仪研究了其显微组织形态及相组成,考察了堆焊合金的耐磨粒磨损性能并分析其磨损机理。
　　首先以药芯焊丝埋弧焊制备了Fe-Cr-C-V-Ti系高铬堆焊合金,研究了焊接速度υ、V、C等对其显微组织及耐磨性的影响。试验结果表明,焊接速度υ对该高铬堆焊合金的显微组织及耐磨性影响显著,当焊接速度为30cm/min时,即焊缝热输入量较低,堆焊合金晶粒细小,但合金成分分布不均匀;υ减小至28.3cm/min时,出现定向排列均匀分布的初生M7C3相颗粒,耐磨性优良;但当υ继续下降,胞状γ-Fe基体体积分数增大,而M7C3相等碳化物变少且尺寸变小,耐磨性下降。由于化学成分和显微组织不均匀性过大,致使其磨损失重与外加试验载荷并不满足传统的正比关系。适量的V、C可细化合金中碳化物颗粒M7C3,增加其数量,有利于高铬合金耐磨性的提高。
　　接着,采用药芯焊丝自保护明弧焊制备了高铬堆焊合金,分析了Si、Ti、B、C等组份对其工艺性能及堆焊合金性能的影响。试验结果表明,适量Si、B组份改善了焊缝成型,减小了飞溅;随着含Ti组份加入量提高,焊缝熔池的还原性过强,自身保护气体量不足,易出现碳末夹渣等缺陷,并使表面粘渣量增大。过高的Si含量促使碳化物聚集分布,一定程度上可提高了耐磨性,但合金韧性下降过多也使其下降。同样,过量的Ti不仅使其细化晶粒的作用消失,而且也导致初生M7C3等相颗粒聚集分布;随着B含量的增加,初生M7C3,M2B等硬质相颗粒尺寸变大且体积分数增加,合金硬度和耐磨性提高,但抗裂性下降;碳决定碳化物数量的关键因素,但其含量过高,初生碳化物数量增多且尺寸增大。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 研究意义和内容

第2章 耐磨合金设计及实验方法

2.1 耐磨合金设计

2.2 实验材料和设备

2.3 实验过程

第3章 埋弧高铬堆焊药芯焊丝的研究

3.1 焊接速度

3.2 钒

3.3 碳

第4章 自保护明弧高铬堆焊药芯焊丝的研究

4.1 自保护明弧焊药芯焊丝

4.2 钛、钒

4.3 硅

4.4 钛

4.5 硼

4.6 碳

第5章 总结与展望

5.1 Fe-Cr-C-V-Ti系埋弧堆焊药芯焊丝

5.2 Fe-Cr-C-Ti-B-Si系自保护明弧堆焊药芯焊丝

5.3 本课题可深入研究的方向或问题

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已公开发表的论文