WC颗粒增强铁基复合堆焊层性能研究

摘要

陶瓷颗粒增强铁基复合材料有效的结合了铁基材料良好的塑韧性和陶瓷材料高硬度、耐磨损等特性，因而近年来受到材料研究人员的广泛关注。本文以HO8A钢为外皮，锰铁、硅铁、铬铁和石墨为基础合金体系配置合金粉末，制备药芯焊丝，运用手工电弧焊在 Q235钢板表面制备耐磨层，系统地分析了合金元素以及WC颗粒对堆焊层组织和性能的影响。　　采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析了堆焊层物相、微观组织、结构以及熔合区的组织特征。通过洛氏硬度计测量了堆焊表层和熔合区的硬度,利用岩石抛磨试验机对复合材料的磨损性能进行了测试。　　试验结果表明：合金元素对堆焊层的组织和性能影响明显。堆焊层的耐磨性和硬度不是直接对应的关系，还和显微组织有关，单相的奥氏体组织不利于材料的耐磨性。经改进的基础合金体系为1.6％石墨、10%铬铁、25%锰铁、5%硅铁，其制备的堆焊层组织由奥氏体、马氏体、链状铁素体、大量弥散分布的碳化物构成，且组织分布均匀，呈规则的树枝晶；焊层塑韧性良好，焊层与基体为良好的冶金结合。堆焊表层硬度为53.5HRC,熔合区硬度为47.6HRC，焊后母材硬度达到35.5HRC，堆焊层的相对耐磨性是对比试样的2.114倍。焊层硬度和耐磨性的提高是由弥散分布的碳化物和马氏体组织共同决定的。　　WC颗粒越小，在堆焊热源作用下越容易熔化溶解。在加入量同为10%时，1000目WC溶解最多，溶解的WC显著提高基体硬度。60目WC溶解最少，未溶的WC颗粒对基体产生阴影保护效应，因此其耐磨性能最好。堆焊层的硬度随WC含量的增加而上升，但WC加入量超过30%后，硬度提高很少，并且堆焊层脆性变大容易产生裂纹，基体对 WC颗粒的支撑作用减弱，容易导致硬质颗粒的脱落。不同粒度WC搭配使用可显著提升堆焊层性能，试验结果表明WC总量为20%，60目、500目、1000目的比例为6:3:1时，形成的堆焊层组织致密，成分较均匀，冶金结合良好，具有良好的综合性能。　　载荷较小时，WC颗粒与磨粒形成点接触，高硬度的WC在基体的有效支撑下得以发挥抗磨作用。载荷一定时，转速是影响堆焊层摩擦系数的主导因素，转动速度越大，滑动摩擦力越小，摩擦系数越小。在高载荷、高转速下，添加 WC颗粒可显著减少堆焊层的磨损量。在不同磨损介质下，堆焊层的耐磨性能不同。WC颗粒增强型堆焊层在120目砂纸下的耐磨性能高于在240目砂纸。随着磨损的进行，焊层表面温度急剧升高，摩擦副温度升高是降低WC堆焊层耐磨性的重要原因。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 金属材料的磨损

1.3 耐磨铁基体

1.4陶瓷颗粒增强铁基复合材料研究进展

1.5本文的研究内容

第二章 试验材料与试验方法

2.1 试验材料与设备

2.2试样制备

2.3试验方法

第三章 合金元素对堆焊层性能影响

3.1 铬铁含量对堆焊层组织和性能的影响

3.2 石墨含量对堆焊层组织和性能的影响

3.3 锰铁含量对堆焊层组织和性能的影响

3.4 硅铁含量对堆焊层组织和性能的影响

3.5 改进型C-Cr-Mn-Si药芯焊丝堆焊层的组织与性能

3.6 本章小结

第四章 WC颗粒对堆焊层性能影响

4.1 WC颗粒度对堆焊层组织和性能的影响

4.2 WC颗粒含量对堆焊层组织及性能的影响

4.3 WC颗粒配比的研究

4.4 WC颗粒的分布和熔化、溶解

4.5 本章小结

第五章 WC颗粒增强型堆焊层的磨损性能

5.1载荷对磨损性能的影响

5.2转速对磨损性能的影响

5.3磨粒颗粒度对磨损性能的影响及磨损过程温度的变化

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果