高铝粉煤灰活性剂及B-C-S共渗层氩弧重熔技术研究

摘要

本文以高铝粉煤灰为主要活性剂材料，通过均匀设计法实验确定了以高铝粉煤灰、SiO2、 TiO2、 Si、CeO2为基本组分的最佳高铝粉煤灰复合活性剂配方，其质量分数分别为59.94％、31.90％、4.01％、1.42％、2.73％，该活性剂焊缝深宽比是单一高铝粉煤灰活性剂的3.31倍。并分析了焊接工艺参数对该活性剂的影响，确定了最佳焊接电流为140A，焊接速度为110mm/min。
　　利用粉末包埋法在Q235钢表面制备B-C-S三元共渗层，并采用氩弧重熔工艺在共渗层表面制备氩弧重熔层，在此基础上通过高铝粉煤灰复合活性剂对氩弧重熔工艺进行优化，进而制备出活性氩弧重熔层。
　　对B-C-S三元共渗层及重熔层的截面形貌、物相组成、显微组织、显微硬度以及耐磨、耐蚀、耐冲蚀磨损性能进行对比分析。实验结果表明:采用两段升温法可以获得110～130μm的共渗层，并获得了性能较好的Fe2B、Fe3C和具有减磨特性的FeS等新相，渗层显微硬度高达1022Hv;B-C-S共渗层经氩弧重熔处理后，普通重熔层有Fe3(C，B，S)相生成，而活性氩弧重熔层中产生了Fe3(C，B)、Fe23B6、Fe3Si、Fe3Al等新相，重熔层的硬度较共渗层有所降低，分别是834Hv和739Hv，硬化层深度分别达到了1000μm和1600μm左右。B-C-S共渗层、氩弧重熔层和活性氩弧重熔层耐粘着磨损性能较基体分别提高1.82～2.10倍、3.30～4.41倍和3.67～5.56倍;在不同干摩擦条件下，摩擦系数由0.37～0.66分别降低到0.34～0.6、0.19～0.57和0.13～0.35;在不同油摩擦条件下，摩擦系数由0.11～0.13分别降低到0.08～0.12、0.07～0.11和0.04～0.09;耐磨粒磨损性能较基体分别提高了1.67倍、2.69倍和6.27倍;耐冲蚀磨损性能较基体分别提高了1.20～1.54倍、1.55～1.92倍和1.89～2.81倍;耐盐腐蚀性能较基体分别提高了2.19倍、2.58倍和2.77倍。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 活性氩弧焊及其发展

1．2．1 活性氩弧焊的研究现状

1．2．2 活性氩弧焊接工艺

1．3 A-TIG活性剂的研究

1．3．1 单组元活性剂的研究

1．3．2 多组元复合活性焊剂的研究

1．4 粉煤灰的组成及资源化利用

1．5 氩弧重熔技术及应用现状

1．5．1 氩弧重熔技术

1．5．2 钢铁表面氩弧重熔研究现状

1．5．3 渗层氩弧重熔工艺

1．6 活性氩弧重熔技术

1．7 本论文的研究内容及意义

1．7．1 本课题主要研究内容

1．7．2 本课题的意义与创新点

2 实验材料及方法

2．1 基体材料

2．2 高铝粉煤灰复合活性剂研究

2．2．1 活性剂材料

2．2．2 氩弧焊设备及活性氩弧焊工艺

2．2．3 活性氩弧焊接头组织形貌观察

2．2．4 最佳活性氩弧焊接工艺参数选择

2．3 Q235钢B-C-S共渗层制备工艺

2．4 B-C-S共渗层氩弧重熔工艺研究

2．4．1 共渗层氩弧重熔工艺

2．4．2 共渗层及重熔层组织形貌分析

2．4．3 共渗层及重熔层性能实验

3 实验数据与分析

3．1 钨极氩弧焊工艺参数确定

3．1．1 焊接电流选择

3．1．2 焊接速度选择

3．1．3 高铝粉煤灰及SiO2活性剂焊接实验

3．2 单组元添加物对高铝粉煤灰活性剂影响

3．2．1 高铝粉煤灰单组元添加物的选择

3．2．2 单组元氧化物对高铝粉煤灰活性剂影响

3．2．3 单组元卤化物对高铝粉煤灰活性剂影响

3．2．4 单组元单质对高铝粉煤灰活性剂影响

3．2．5 单组元稀土化合物对高铝粉煤灰活性剂影响

3．2．6 单组元添加物对高铝粉煤灰活性剂活性作用分析

3．3 高铝粉煤灰复合活性剂成分设计

3．3．1 多组元添加物的选择

3．3．2 均匀设计

3．3．3 第一次有约束的混料配方均匀设计

3．3．4 第二次有约束的混料配方均匀设计

3．3．5 高铝粉煤灰复合活性剂焊接接头显微组织分析

3．3．6 焊接工艺参数对高铝粉煤灰复合活性剂A-TIG焊的影响

3．4 B-C-S共渗层及重熔层组织结构分析

3．4．1 共渗层结构分析

3．4．2 共渗层组织形貌

3．4．3 B-C-S重熔层截面形貌

3．4．4 重熔层结构分析

3．4．5 重熔层显微组织分析

3．5 B-C-S共渗层及重熔层硬度分析

3．6 B-C-S共渗层及重熔层抗粘着磨损性能

3．6．1 干摩擦条件下抗粘着磨损性能

3．6．2 油摩擦条件下抗粘着磨损性能

3．6．3 共渗层及重熔层抗粘着磨损性能分析

3．7 B-C-S共渗层及重熔层耐磨粒磨损性能

3．8 B-C-S共渗层及重熔层耐冲蚀磨损性能

3．8．1 浓度对冲蚀磨损性能影响

3．8．2 速度对冲蚀磨损性能影响

3．9 B-C-S共渗层及重熔层耐蚀性能

结论

参考文献

附录

作者简历

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