铁基高碳耐磨堆焊焊条性能研究

以泥状石墨和高碳铬铁粉为合金粉,通过大量试验制取工艺性能、耐磨性能良好的铁基高碳耐磨堆焊焊条,并分析了碳对微观组织和耐磨性的影响.试验结果表明,在高碳耐磨堆焊焊条中,添加适量的铁红和长白石有助于提高焊条的工艺性能,石墨含量超过6%后焊条的工艺性能变差;对高碳耐磨堆焊合金,随含碳量的增加,初生碳化物数量越来越多,体积越来越大,且初生碳化物成定向生长,耐磨性也增加.     

Fe-Cr-C系高碳耐磨堆焊合金组织及性能

研究了Fe Cr C高碳耐磨堆焊合金的显微组织及其性能 ,对含碳量为 3 .3 4 %、4 .1 1 %、5 .1 6 %、6 .5 %的四种耐磨堆焊层微观组织及初生碳化物的形态进行了研究 ,分析了碳对微观组织和力学性能的影响。试验结果表明 ,对Fe Cr C耐磨堆焊合金 ,随含碳量的增加 ,初生碳化物数量越来越多且单个碳化物颗粒的体积也变大 ;堆焊层宏观硬度一直持续增加 ;当含碳量 <5 .1 6 %时 ,耐磨性随碳含量的增加而提高 ,但当含碳量到达一定程度时 ,耐磨性反而降低。碳对耐磨堆焊层的组织及性能起着重要作用 ;从理论上分析了湿砂磨损后耐磨面上的孔洞可能就是初生碳化物上的空洞 -晶体缺陷所在地     

Fe-Cr-C耐磨堆焊合金磨粒磨损行为

采用埋弧堆焊方法,在Q235钢表面制备Fe-Cr-C耐磨合金,在MLS—225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行磨粒磨损试验,通过对磨损试样表面的扫描电子显微镜观察分析并结合能谱成分分析研究磨损形成机制.结果表明,Fe-Cr-C耐磨堆焊合金在试验的湿石英砂磨料磨损条件下,磨损机制以微裂纹引起的剥落去除机制为主,也存在一定数量的犁沟或犁皱造成的微切削去除机制.剥落的发生与碳化物密切相关,能谱成分分析表明剥落坑内Cr元素含量对应在(Cr,Fe)7C3铬含量范围内,说明剥落坑是碳化物断裂造成的.     

扶正器堆焊耐磨合金工艺

扶正器是石油钻井不可缺少的取心工具之一,过去我国石油钻井扶正器都是采用螺旋型式,其加工工艺复杂,耐磨层气焊堆焊碳化钨合金质量差,难度大。我厂在一批扶正器生产过程中,参照国外先进钻井工具,改进了扶正器的结构设计(如图)。在调质状态下,扶正器耐磨层采用手工电弧堆焊耐磨合金工艺,经多次试验,各项指标均达到设计要求,硬度、耐磨性、造价等指标优于美国钻井公司的同类产品。在实践中,摸索出一套适应野外作业的堆焊工艺参数,从而结束了同类产品生产、修复靠气焊堆焊的历史。     

中碳合金钢耐磨堆焊合金优化研究

研究了Ｍｎ－Ｓｉ，Ｍｎ－Ｓｉ－Ｃｒ，Ｍｎ－Ｓｉ－Ｂ，Ｍｎ－Ｓｉ－Ｃｒ－Ｍｏ，Ｍｎ－Ｓｉ－Ｃｒ－Ｂ等系中碳合金钢耐磨堆焊合金成分，组织，硬度与耐磨粒磨损性能的关系。结果表明，堆焊金属成分必须优化，以获得良好的组织形态。根据优化的Ｍｎ－Ｓｉ－Ｂ系合金系统，研制的新型Ｍｎ－Ｓｉ－Ｂ系堆焊焊条，已通过现场磨料磨损生产性试验。     

Fe-Cr-V耐磨堆焊合金

制备了用于埋弧焊药芯焊丝的Fe-Cr-V堆焊合金,其成份(质量分数,%)为c0.9～1.5,Cr 13～15,V 1.0-2.0.借助光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段,研究了其显微组织,并考察V和B4C含量对该堆焊合金性能的影响.Fe-Cr-V堆焊合金的显微组织由铁素体 马氏体 (Cr,Fe)23C6等碳化物组成.电子能谱微区分析显示Cr,V元素晶界含量显著高于晶内,随WC加入量提高,晶界与晶内含量差距增大.由于沿晶界析出碳化钒,这使(Cr,Fe)23C6等晶界碳化物呈条状或断续网状分布,起到耐磨骨架作用,避免了网状形态的强烈脆性.结果表明,其磨粒磨损性能显著优于实心焊丝H25Cr3Mo2MnV堆焊合金.     

Fe-Cr-C系高碳高铬耐磨堆焊合金微观组织分析

研究了C元素含量6.0%左右时改变Cr元素含量和Cr元素含量40%左右时改变C元素含量两种情况下Cr及C元素各自对Fe-Cr-C合金堆焊层组织的影响.结果表明,C和Cr元素增加时,初生碳化物的量增加.初生碳化物随着C元素和Cr元素的增加,形态越来越规则,分布越来越密集,初生碳化物颗粒的单个尺寸增大.C元素含量6.0%左右,Cr元素含量增大时,初生碳化物微区Cr元素含量增加;而当Cr元素含量40%左右,C元素含量增加时,初生碳化物微区Cr元素含量反而降低.     

焊后热处理对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织和磨损性能的影响

性只能达到焊态的16%～32%.热处理后碳化物和基体的匹配关系发生恶化是造成耐磨性降低的主要原因.     

钒对Fe-Cr-C耐磨堆焊层性能的影响

在Fe-Cr-C耐磨堆焊合金中加入钒,研究钒对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金焊态和焊后热处理态性能的影响.采用埋弧堆焊方法在Q235低碳钢基体上制备了堆焊层,利用光学金相、SEM分析了堆焊合金的显微组织,并进行了硬度和磨料磨损试验.结果表明,焊后加热对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金的硬度有较大影响.经过焊后加热,基体组织的硬度降低值都大于22%,降低值最大的是不含钒的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金,达到37.7%.焊后加热对初生碳化物M7C3的硬度影响较小,其硬度降低值为1.4%～11.3%.含0.4%V可以有效的提高Fe-Cr-C耐磨堆焊合金高温热处理后的耐磨料磨损性能.以淬火态的45钢为标样,在经过900℃焊后热处理,含0.4%V的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金相对耐磨性为1.9,而同样条件下不含钒的试样相对耐磨性只有1.3,两者相比,含0.4%V的合金相对耐磨性提高了46%.     

Fe-C-Cr-V高铬堆焊合金的M7C3型碳化物及耐磨性

采用药芯焊丝埋弧堆焊方法制备含有0.9%~3.0%C,15%~20%Cr,2.0%~3.0%V的高铬合金.借助光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段,研究其显微组织及碳化物分布形貌.结果表明,其显微组织由马氏体+铁素体+奥氏体+初生M7C3+(Fe,Cr)3C+TiC等相组成.通过优化药芯焊丝组份及调整堆焊速度,获得了沿堆焊表面垂直方向定向分布的初生M7C3型碳化物,电子能谱分析显示该碳化物为(Fe,Cr,V)7C3.此外,考察了碳含量对高铬堆焊合金硬度及耐磨粒磨损性能的影响.表明其耐磨性优良,其中15~25μm M7C3型初生碳化物颗粒有效阻碍磨粒的显微切削运动,显著改善了耐磨性.     

TiN对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织及耐磨性影响

通过药芯焊丝的方式制备Fe-Cr-C-Ti-N和Fe-Cr-C堆焊层,讨论堆焊层中TiN对堆焊层耐磨性能和显微组织的影响. 利用洛氏硬度计检测堆焊层的宏观硬度,通过湿砂轮磨损试验机对堆焊层进行磨料磨损试验,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)等设备进行检测分析. 结果表明,含有TiN的堆焊层中,初生M₇C₃明显比不含TiN的组织细小,并且堆焊层硬度和耐磨性也相应提高. 通过热力学计算得出,熔池冷却过程中TiN先于M₇C₃析出. 由动力学计算可知TiN/M₇C₃的二维错配度为8.43%,TiN可做为初生M₇C₃的异质形核质点,使M₇C₃晶粒细化.     

B元素对Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金组织和耐磨性的影响

采用直径为1.6 mm的细径药芯焊丝,利用CO₂气体保护焊堆焊的方法制备了含有1.0%~3.0%C(质量分数),15%~20%Cr,0%~2.0%B的高铬堆焊合金.研究了B₄C含量对堆焊合金的硬度及耐磨性的影响.结果表明,堆焊合金的硬度从57.1 HRC增加到65.2 HRC,硬度提高14.2%;堆焊层合金的相对耐磨性从3.5倍提高到18.0倍.借助光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等微观分析方法,研究了堆焊合金的显微组织及碳化物分布形貌.结果表明,堆焊合金的显微组织主要由铁素体+奥氏体+(Fe,Cr)₇C₃组成,加入B₄C可显著改善堆焊合金层基体组织,使碳化物(Fe,Cr)₇C₃数量增加且呈弥散分布.     

含Nb元素堆焊层金属中碳化物的析出行为

以堆焊连铸辊为研究对象,研制三种不同合金元素Nb加入量的药芯焊丝,采用金相显微镜和扫描电镜对其显微组织、碳化物形貌进行了观察. 采用X射线衍射仪对其相结构进行了测定. 采用Thermo-Calc软件对含铌堆焊层金属中碳化物的析出行为进行分析. 结果表明,堆焊层金属显微组织为铁素体、M₂₃C₆和MC. 随着Nb元素含量增加,其显微组织得到细化,NbC沿晶界析出. 热力学计算结果表明,析出碳化物主要为MC,M₂₃C₆. 随着Nb元素含量的增加,MC析出量增多,M₂₃C₆析出量减小. MC中主要是Nb元素,并溶解了一定量的Mo,V,Cr和Fe元素;M₂₃C₆中主要是Fe,Cr元素,即Nb元素含量变化主要影响MC型碳化物.     

钒对铁基碳化钨耐磨堆焊层组织和性能的影响

在自研制的碳化钨管状药芯焊条中添加不同含量的钒元素（0%~3%）并制备堆焊合金,通过SEM,XRD,EDS等研究分析手段,研究不同钒含量对碳化钨耐磨层组织性能的影响规律.结果表明,钒含量与堆焊层中碳化钨颗粒的溶解程度密切相关,钒优先将碳化钨颗粒分解出的碳原子以碳化钒形式固定,从而抑制了碳化钨颗粒的分解,钒元素含量决定了碳化钨溶解的强弱,含有2%钒元素的堆焊层中生成适量碳化钒有效抑制了碳化钨的溶解.钒元素的加入还能强化碳化钨堆焊层基体金属的硬度,降低堆焊层中碳化钨颗粒剥落的风险,有效提高了堆焊层的耐磨性.     

电流对明弧高硼堆焊合金显微组织及耐磨性的影响

采用药芯焊丝明弧自保护焊方法制备了Cr12B4SiMn高碳型高硼合金,借助光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电镜以及电子能谱仪,考察了电流对其显微组织及耐磨性的影响。结果表明,随电流增大,在团状先析出相中,内置式块状M₂B相的形成数量增加,其显微硬度提高,M₂₃(C,B)₆和马氏体等相减少,γ-Fe消失;合金宏观硬度随之先升高一定值然后降低,耐磨性先显著增加,接着小幅波动。块状M₂B数量及其显微硬度增加是导致该合金耐磨性改善的主要原因,合金磨损机制主要为显微剥落。