Ni60A/WC-12Co等离子堆焊工艺和性能研究

摘要

为改善机械零部件的表面耐磨性能，选用含60％碳化钨的Ni基自熔性合金粉末，采用等离子堆焊技术在45钢板表面进行堆焊，以获得晃面结合良好的堆焊层。通过正交试验设计与优化，研究堆焊电流、送粉速度、堆焊速度这三个堆焊工艺参数对等离子堆焊层组织和性能的影响，为制备出合格的石油钻头牙轮样件提供技术支持。
　　本文通过金相显微镜(OM)、带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)来表征堆焊层的组织，通过显微硬度测试、粗糙度测量、磨损试验等研究等离子堆焊层硬度、耐磨损性能。分别选取堆焊电流(80、100、120A)、送粉速度(18、22、26g/min)、堆焊速度(0.06、0.08、0.10r/min)的工艺进行正交试验设计。获得了界面冶金结合良好、WC颗粒分布较为均匀的堆焊层。
　　研究了不同堆焊工艺对堆焊层中WC颗粒形貌和分布的影响。结果表明:等离子堆焊工艺决定着堆焊层中WC颗粒的形貌和分布，碎屑状、羽毛状、板条状、针状、团簇状以及鱼骨状是堆焊层中WC颗粒的典型形貌。随着堆焊电流增加，WC颗粒溶解增加，形貌开始由碎屑状、团簇状向针状、板条状、鱼骨状等转变。
　　研究了等离子堆焊层相组成。结果表明:堆焊层中除了WC颗粒和γ-Ni固溶体，还存在FeNi3、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6等金属间化合物，随着等离子堆焊电流的增加，WC颗粒溶解逐渐增加，逐渐形成Fe6W6C、Co6W6C等新的金属间化合物。
　　研究了等离子堆焊工艺对堆焊层性能的影响。结果表明:堆焊电流对稀释率及堆焊层硬度影响最大，而送粉速度主要影响成形系数及耐磨损性能。堆焊电流增加，稀释率增加，硬度降低，提高送粉速度，成形系数增加，耐磨损性能降低。当堆焊电流、送粉速度、堆焊速度分别取80A、26g/min、0.10r/min时，WC颗粒呈碎屑状，分布最为弥散，硬度和耐磨损性能最好。

目录

声明

摘要

引言

第1章 绪论

1．1 等离子弧堆焊

1．1．1 等离子弧堆焊的原理

1．1．2 等离子弧堆焊的特点

1．1．3 等离子弧堆焊的分类

1．2 等离子弧堆焊粉末的介绍

1．2．1 自熔性合金粉末

1．2．1 复合粉末

1．3 等离子堆焊发展历史及应用现状

1．4 本课题研究内容及意义

第2章 实验部分

2．1 等离子弧堆焊机

2．2 等离子堆焊试样制备

2．3 检测方法

2．3．1 显微组织观察及成分分析

2．3．2 相结构分析

2．3．3 显微硬度分析

2．3．4 摩擦磨损性能分析

第3章 等离子堆焊工艺参数对堆焊层组织和性能的影响

3．1 堆焊电流对堆焊层组织性能的影响

3．1．1 堆焊电流对堆焊层成形性的影响

3．1．2 堆焊电流对堆焊层显微组织的影响

3．2 送粉速度对堆焊层组织和性能的影响

3．2．1 送粉速度对堆焊层成形性的影响

3．2．2 送粉速度对堆焊层显微组织的影响

3．3 堆焊速度对堆焊层组织和性能的影响

3．3．1 堆焊速度对堆焊层成形性的影响

3．3．2 堆焊速度对堆焊层显微组织的影响

3．4 其他工艺参数对堆焊层的影响

3．5 本章小结

第4章 等离子堆焊工艺参数优化与分析

4．1 等离子堆焊工艺参数优化

4．2 等离子堆焊工艺参数对成形性的影响

4．2．1 等离子堆焊层宏观形貌

4．2．2 工艺参数对等离子堆焊层成型系数的影响

4．2．3 工艺参数对等离子堆焊层稀释率的影响

4．3 等离子堆焊工艺参数对显微组织的影响

4．3．1 等离子堆焊层的成分分析

4．3．2 等离子堆焊层的碳化钨颗粒分布与形貌

4．3．4 等离子堆焊层相结构分析

4．4 等离子堆焊层性能分析

4．4．1 工艺参数对等离子堆焊层硬度的影响

4．4．2 工艺参数对等离子堆焊层摩擦磨损性能的影响

4．5 等离子堆焊层缺陷与预防措施

4．5．1 等离子堆焊层裂纹及产生原因

4．5．2 等离子堆焊层裂纹防止措施

4．6 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢