钴基复合粉末等离子堆焊层组织与性能的研究

摘要

阀门是化工、机械等行业中应用很广泛的流体控制设备，由于密封面间受到力的作用相互摩擦和剪切，以及流体的冲刷和腐蚀作用，在使用过程中处在较高温度和较高的流体压力下，阀门极易受到损伤。钴基合金具有优良的耐高温、耐磨及耐蚀性能，是修复和强化阀门密封面的一种重要的材料。本文采用等离子堆焊技术，选用Co-Mo-Cr系、Co-Cr-W系、Co-Cr-Ni系三种不同系列的钴基合金作为堆焊材料，分别在这三种钴基合金中加入一定量的WC颗粒，在304不锈钢表面制备钴基复合粉末堆焊层，研究WC对不同系列钴基合金堆焊层组织和性能的影响。
　　试验表明三种钴基合金等离子堆焊的最佳工艺参数分别为:Co-Mo-Cr系钴基合金，焊接电流99A，送粉量35g/min; Co-Cr-W系钴基合金，焊接电流90A，送粉量35g/min; Co-Cr-Ni系钴基合金，焊接电流99A，送粉量38g/min。钴基合金堆焊层组织主要分为四部分，从堆焊层底部往上分别为熔合区、近熔合区等轴状枝晶、近熔合区与近表面之间有一定方向的粗大的柱状晶和近表面细小的等轴晶。
　　Co-Mo-Cr系钴基合金加入WC后，对组织形态产生较大影响。随WC加入量的增多，在钴基固溶体中析出的碳化物的数量增多，尺寸变大，同时碳化物的形状也发生了变化，由不规则的块状变为十字花状和“X”形;堆焊层的稀释率变大。加入10％WC时，堆焊层由γ-Co、CoSi、Co7Mo6、 CrSi2、CoWSi、Mo3Co3C、M23C6等组成;随WC加入量增多，基体相减少，碳化物相增多，出现Fe3W3C、Fe3Mo3C;加入40％WC时，堆焊层中出现WC相。
　　在Co-Cr-W系钴基合金中加入10％～30％WC后，晶粒变得十分细小，堆焊层先析出枝晶状的钴基固溶体，然后在枝晶间形成共晶组织;当WC的加入量为40％时，熔池中的含碳量较高，析出多种花状碳化物。加入10％WC时，堆焊层是由γ-Co、CoCx、 Cr7C3、CrSi2组成;加入20％WC和30％WC时，出现M6C型碳化物Co3W3C; WC的加入量为40％时，钴基合金堆焊层的稀释率变大，Fe含量升高，生成Fe3W3C相。
　　在Co-Cr-Ni系钴基合金中加入量为10％～20％WC时，堆焊层的组织类型没有变化，晶粒变细;加入30％WC时，堆焊层上部出现球状组织;当WC为40％时，堆焊层组织出现较大变化，在钴基固溶体中析出花状、块状碳化物。加入10％WC和20％WC时，堆焊层是由γ-Co、Ni-Cr-Fe-C、CrSi2、Co3W3C组成;加入30％WC时，堆焊层出现Fe3W3C和W2C相。
　　本文采用的三种系列的钴基合金粉末在加入WC后，堆焊层的洛氏硬度和维氏显微硬度都得到较大的提高，并且随WC加入量的增多而增大。在常温磨损试验中，三种系列的钴基合金堆焊层的耐磨性随WC加入量增多而提高，磨损机制随WC加入量增多由磨粒磨损为主转变为黏着磨损和磨粒磨损共同作用。在高温磨损试验中，加入WC颗粒的Co-Mo-Cr系钴基合金堆焊层相比于纯钴基合金堆焊层来说，摩擦系数降低为原来的三分之一。在电化学腐蚀试验中，加入WC后，Co-Mo-Cr系钴基合金堆焊层的自腐蚀电位升高，自腐蚀电流密度大大提高，腐蚀速度加快，使得耐腐蚀性能变差。Co-Cr-W系钴基合金堆焊层加入WC后，自腐蚀电位升高，腐蚀倾向减小，自腐蚀电流密度略有上升，加入10％WC堆焊层的耐蚀性能最好。加入WC后，Co-Cr-Ni系钴基合金堆焊层的自腐蚀电流密度大大降低，加入30％WC堆焊层的耐蚀性最好。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 堆焊技术

1．2．1 堆焊技术分类及应用现状

1．2．2 堆焊材料

1．2．3 等离子堆焊技术的应用

1．3 钴基合金复合堆焊层研究现状

1．3．1 钴基合金

1．3．2 钴基合金复合堆焊层国内外研究现状

1．4 课题的研究目的与研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 主要内容

第二章 试验材料、设备及方法

2．1．1 基材

2．1．2 堆焊材料

2．1．3 气体

2．2 试验设备和方法

2．2．1 钴基合金堆焊层的制备

2．2．2 堆焊层表面无损检测

2．2．3 显微组织和成分分析

2．2．4 堆焊层硬度测试

2．2．5 堆焊层耐磨试验

2．2．6 堆焊层电化学腐蚀试验

第三章 不同钴基合金堆焊层的组织

3．1 工艺参数的优化

3．2 堆焊层表面缺陷检测

3．3 钴基合金堆焊层的组织分析

3．3．1 Co-Mo-Cr系钴基合金堆焊层组织分析

3．3．2 Co-Cr-W系钴基合金堆焊层组织分析

3．3．3 Co-Cr-Ni系钴基合金堆焊层组织分析

3．4 本章小结

第四章 WC对钴基合金堆焊层组织的影响

4．1 钴基复合粉末堆焊层的配方设计

4．2 WC对Co-Mo-Cr系钴基合金堆焊层组织的影响

4．3 WC对Co-Cr-W系钴基合金堆焊层组织的影响

4．4 WC对Co-Cr-Ni系钴基合金堆焊层组织的影响

4．5 本章小结

第五章 WC对钴基合金堆焊层性能的影响

5．1 WC对钴基合金堆焊层硬度的影响

5．1．1 WC对Co-Mo-Cr系(T400)钴基合金堆焊层硬度的影响

5．1．2 WC对Co-Cr-W系(ST6)钴基合金堆焊层硬度的影响

5．1．3 WC对Co-Cr-Ni系(SF)钴基合金堆焊层硬度的影响

5．2 WC对钴基合金堆焊层耐磨性能的影响

5．2．1 WC对Co-Mo-Cr系(T400)钴基合金堆焊层耐磨性能的影响

5．2．2 WC对Co-Cr-W系(ST6)钴基合金堆焊层耐磨性能的影响

5．2．3 WC对Co-Cr-Ni系(SF)钴基合金堆焊层耐磨性能的影响

5．3 WC对钴基合金堆焊层耐蚀性能的影响

5．3．1 WC对Co-Mo-Cr系(T400)钴基合金堆焊层耐蚀性能的影响

5．3．2 WC对Co-Cr-W系(ST6)钴基合金堆焊层耐蚀性能的影响

5．3．3 WC对Co-Cr-Ni系(SF)钴基合金堆焊层耐蚀性能的影响

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢