激光增材制造WC增强铁基复合材料组织结构及性能研究

目的采用激光增材制造技术制备WC增强铁基复合材料,并对其显微组织结构及性能进行表征测试,为后续制备大体积激光增材做技术理论及工艺储备。方法加入质量分数为10%的WC粉末,利用激光增材制造技术在40Cr钢表面制备WC增强铁基复合材料层,采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计、磨粒磨损机、电化学工作站等,分析激光增材层逐层组织结构、力学性能及其变化规律。结果激光增材层与基体呈良好冶金结合,相组成为α-(Fe,Cr)、Fe2C、Fe2W、Fe3B。表层、亚表层及中层区显微组织为鱼骨状树枝晶,在其周围存在硬质颗粒,随着表面距离的增加,底层区出现胞状晶。亚表层区晶粒最为细小均匀,硬度最高,为1057HV,是基体的4.2倍。中层区磨损率最低(0.29 mg/mm^2),耐磨性最好,自腐蚀电位最高(-205.86 mV),耐蚀性能最好。底层区钝化电流密度最小,为0.1865μA/cm^2,腐蚀速度最慢。结论加入的WC颗粒与铁基粉反应生成的Fe2C与Fe2W形成第二相强化,提高了基体的硬度、耐磨性及耐蚀性,且增材层亚表层区硬度最高,中层区耐磨性、耐蚀性最好。     

Ni基合金高速火焰喷焊层组织及耐磨性研究

使用QT-E-7/h型喷枪的高速火焰喷焊设备,在45圆钢表面喷焊添加了不同含量Ni包WC的Ni基合金粉末,并对喷焊层的微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能进行研究。研究结果表明:喷焊层微观组织为奥氏体的基体上弥散分布着Fe Ni3,Cr2Ni3,Cr3Si,WC等相;Ni包WC含量在0%~30%范围内时,随着Ni包WC含量的增加,喷焊层显微硬度增加,耐磨性增强;当Ni基合金粉末中Ni包WC含量为27%时,喷焊层表层的显微硬度最高,耐磨性最好,耐磨性较不加Ni包WC提高了约1倍;喷焊层磨损机理以黏着磨损和磨粒磨损为主;当进一步增加Ni包WC含量达到30%时,喷焊层出现宏观裂纹,致使喷焊层无法成形。     

同步送粉激光熔注WC-W_2C_p/4Cr5MoSiV1复合材料层微观组织及摩擦磨损性能

以铸造WC (WC/W_2C共晶)作为增强颗粒,4Cr5MoSiV1作为熔注层金属基体,采用激光熔注技术在Q235表面制备WC_p/4Cr5MoSiV1金属基复合材料层。采用XRD、OM、SEM和EDS对涂层的物相、宏观形貌和微观组织进行了表征分析,测试了涂层沿深度方向上的显微硬度,室温条件下进行销盘式面接触干滑动摩擦磨损试验,利用SEM对磨损表面进行微观组织分析。结果表明,复合材料层的相组成主要有γ-Fe、WC、M_2C、M_6C、M_(23)C_6、(Fe,W)_3C (M=Fe,Cr,W,Mo),碳化物在复合材料层中呈现不同的形态。复合材料层的HV_(0.2)硬度7237.4 MPa,是基材Q235硬度的4.6倍,较传统淬火态4Cr5MoSiV1高出50%。复合材料层的平均摩擦系数为0.283,仅为硬质合金的87.1%, 4Cr5MoSiV1的61.1%;相对磨损率43.45,是硬质合金的1.7倍,4Cr5MoSiV1的43倍。     

TiC对铁基合金喷焊层组织与性能影响

目的研究不同TiC添加量对铁基合金喷焊层组织与性能的影响。方法采用等离子喷焊技术在Q235表面制备了铁基合金喷焊层,借助X射线衍射分析、金相显微镜、显微硬度计以及磨粒磨损试验设备,分别对喷焊层的物相、显微组织、显微硬度、耐磨性能进行测试。结果未添加TiC的喷焊层主要由马氏体、奥氏体、(Fe,Cr)_7C_3、(Fe,Ni)固溶体等物相组成,加入不同含量的TiC后,出现了TiC、TiB_2等新物相,但各试样的衍射强度均存在相应程度的降低,某些区域的衍射峰甚至消失。随着TiC含量的增加,喷焊层的硬度和耐磨性增加,但硬度和耐磨性能在TiC添加量达到一定程度(w_(TiC)3.0%)时反而降低。当TiC添加量为3%时,喷焊层的组织致密,晶粒细化,TiC弥散分布,其颗粒对喷焊层组织产生了弥散强化和细晶强化作用;显微硬度可达843HV_(0.5),较未添加TiC喷焊层提高了约300HV_(0.5),其相对耐磨性较Q235钢提高了约12倍,显微硬度与耐磨性得到显著提高。结论添加适量的TiC颗粒,可使金属基体与硬质相达到良好匹配,从而确保了喷焊层的高硬度和良好的耐磨性能。     

等离子弧喷焊镍基合金层组织及耐磨性试验研究

在16Mn钢表面等离子弧喷焊自熔性镍基合金喷焊层（Ni60)及加入w(WC)25％的镍基合金喷焊层（NWC25），对两种合金喷焊层进行了显微组织，X射线衍射分析，硬度及不同腐蚀介质下的腐损试验。结果表明，合金喷焊层显微组织均为γ固溶体基体和各种化合物相，如Fe23(C,B)6,(Cr,Fe)7C3,Cr7C3,NiB,WC等。NWC25喷焊层具有较高的硬度，在腐蚀介质中耐磨性明显高于Ni60，合金喷焊层在弱酸碱介质中的耐磨性比在中性水中都有所降低，在酸性介质中降低较为明显。     

45钢表面Ni60-WC高频感应熔覆层及其二次强化的研究

采用高频感应熔覆技术在45钢表面制备Ni60-35WC强化层;并对感应熔覆层进行电接触二次强化。对制备的感应熔覆层、电接触二次强化层进行组织分析和性能测试。结果表明:熔覆层组织较为致密,但存在孔洞、夹生缺陷;电接触二次强化后组织更加致密,孔洞减少,夹生层重新焊合,热影响区减小;XRD显示,熔覆层与电接触强化层的相结构相同,由WC、W2C、Cr23C6、Cr7C3、Fe Ni和Ni3Fe等相组成;电接触强化层的显微硬度和耐磨性较高频感应熔覆层有较大的提高。     

WC对铁基合金喷焊层组织及磨损性能的影响

采用等离子喷焊技术在Q235表面制备铁基合金喷焊层,借助X射线衍射分析、金相显微镜以及摩擦磨损实验,研究一定含量的WC对铁基合金喷焊层组织及磨损性能的影响。结果表明:铁基合金喷焊层主要由α-Fe,γ-Fe,(Fe,Cr)_7C_3和(Fe,Ni)固溶体等物相组成,加入WC后,出现了(Fe,Cr)_(23)C_6,WC,W_2C等新物相。未加入WC的喷焊层出现了疲劳剥落,数量较多、较深且平直的犁沟,表现为粘着磨损和磨料磨损;加入WC后疲劳剥落减弱,犁沟减少,表现为磨料磨损。喷焊层中硬质相的弥散强化作用提高了硬度和耐磨性。     

等离子弧堆焊镍基复合粉末涂层材料

采用等离子弧堆焊技术，在Q235钢表面堆焊镍基复台粉末，该复合粉末经三水平三因子正交设计及正交多项式同归分析，确定在镍基基础粉末中添加的强化元素最佳配比为Cr 10％、Mn 4％、W7％。利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)对堆焊层的相及组织进行了研究，通过硬度试验和磨损试验测试了堆焊层表面及横截面的硬度和表面耐磨性能，结果表明，复合粉末堆焊层显微组织主要为γ-(Ni，Fe)、γ-M、WC、W2C、Mn31Si12、Cr23C6、Cr7C3、Cr、NiB、Ni2B等，其硬度及耐磨性较基体有显著提高。     

45钢表面激光熔覆Ni/WC性能研究

研究了在45钢表面激光熔覆Ni60合金时,WC对熔覆层组织性能的影响,分析了Ni/WC配比对熔覆层显微硬度、耐磨性及金相组织结构的影响。结果表明,采用Ni60+30%WC合金粉末进行激光熔覆时,能得到显微硬度和耐磨性俱佳的熔覆层。     

激光熔化沉积WC复合Inconel 718合金微观组织及磨损性能

目的 解决Inconel 718合金在工程应用中存在的磨损失效等问题,探究碳化钨(Tungsten Carbide,WC)对Inconel 718合金磨损性能的增强机理。方法 通过激光熔化沉积技术制备Inconel 718及WC/Inconel 718涂层,通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM) 和X射线衍射(X–ray diffraction,XRD)等测试手段对Inconel 718合金和WC/Inconel 718复合材料的微观组织和物相组成进行观测,探讨其微观组织演变机理;通过硬度测试和摩擦磨损测试对WC复合Inconel 718合金的硬度、摩擦磨损性能及WC复合强化机理进行研究。结果 涂层的微观组织主要由柱状晶、胞状晶和少量等轴晶组成,加入WC后复合材料的晶粒组织比Inconel 718合金的晶粒组织略微细化;Inconel 718合金主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)和Fe3Ni2等物相组成,WC/Inconel 718主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)、AlCoCrW、CrNi15W和Cr–Ni–Fe–C等物相组成;WC的加入使Inconel 718合金的硬度略有提升,磨损率降至未添加WC时的65.3%,磨损机制以黏着磨损和磨粒磨损为主。结论 WC颗粒在Inconel 718基体中起到了强化硬质颗粒的作用,部分WC颗粒的熔化提高了合金基体的硬度,且生成的高硬度金属化合物与未熔解的球形WC颗粒在Inconel 718合金基体中起到了阻碍晶粒边界运动的钉扎效果,对提升Inconel 718合金的磨损性能有很大帮助。     

等离子弧喷焊镍基合金对喷焊层硬度的影响

以提高基体材料喷焊层的硬度及耐磨性为目的,使用等离子弧喷焊技术对基体材料(Q345C低合金钢)进行焊接,对于DG.Ni60B镍基合金粉末,选用100,150 A转移弧电流对其进行喷焊。而对于DG.Ni60WC25镍基合金粉末,则在100,150,170,200 A转移弧电流下进行喷焊。结果表明,当使用同一种镍基合金粉末喷焊时,喷焊层最大硬度值和耐磨性随转移弧电流增大而降低。在相同转移弧电流条件下,添加硬质复合材料(碳化钨,WC)镍基合金粉末DG.Ni60WC25焊层的硬度和耐磨性明显高于未添加硬质复合材料镍基合金粉末DG.Ni60B的焊层。试验得出:等离子弧喷焊时,随着转移弧电流的增大,会使喷焊层表面耐磨性减小。但在DG.Ni60B镍基合金粉末中加入硬质相WC之后,对其复合合金粉末进行喷焊,可使转移弧电流对焊层表面耐磨性的影响程度降低。同时,在喷焊层和基体材料结合界面之间出现较大的硬度值,甚至在界面处可获得硬度的最大值。     

添加钨铁粉对WC/钢基表面复合材料界面及硬度的影响

采用真空铸渗工艺制备了WC/Cr15钢基表面复合材料,研究了在预置层中添加16.7 vol%钨铁粉对复合层的界面组织和基体硬度的影响。运用OM、SEM、XRD和显微硬度计对复合层的界面组织和基体硬度进行了分析。结果表明,添加16.7vol%钨铁粉改善了复合层的界面组织及力学性能的连续性,有利于降低应力集中,改善应力分布状态;反应层中形成过渡均匀分布的Fe3W3C相,使WC颗粒与基体之间形成组织过渡;复合层基体中形成弥散分布的Fe3W3C相,提高了复合层的基体硬度,增强了复合层基体的耐磨性及其对WC颗粒的支撑与固定作用。     

WC溶解对WCp/钢基表层复合材料组织和性能的影响

利用V-EPC法制备了WC颗粒增强钢基表层复合材料.通过金相、扫描电镜、XRD、显微硬度及冲击磨料磨损性能测试等手段重点研究了在预制层中添加镍基自熔合金粉末(Ni6025 WC)后,WC在基体中的溶解对复合材料组织和性能的影响.结果表明,WC在复合层中全]溶解使复合层基体中出现珠光体,残留奥氏体,马氏体以及M6C型碳化物,经分析知该M6C型碳化物为Fe3W3C.本试验得到的试样显微硬度与同类WC/钢基表层复合材料相比显著降低,冲击磨料磨损下的体积磨损率也较高.这些均表明WC在基体中过度溶解和Fe3W3C在基体中的含量较多时,复合材料的性能较差.     

Q235钢表面激光熔注WC涂层的微观组织及耐磨性

采用激光熔注技术对材料进行表面强化具有显著的优点.将WC陶瓷作为注入颗粒,在Q235钢表面制备激光熔注层.对激光熔注工艺进行了系统研究.利用SEM,EDS,XRD等手段分析熔注层的微观组织结构,对熔注层的硬度和耐磨性能进行了测试.结果表明,成功的激光熔注过程需要严格的工艺参数条件,采用优化的工艺参数时激光熔注WC表面层成形良好.熔注层主要由WC,W2C以及M6C(Fe3W3C-Fe4W2C)强化相组成,Fe3W3C分别以颗粒之间基体上的树枝晶和依附WC颗粒形成的反应层两种形态存在于熔注层中;熔注层平均硬度约为母材硬度的4倍,熔注层摩擦系数不超过基体的1/4,熔注层耐磨性良好.     

等离子堆焊合金层组织及腐蚀磨损性能

在 16Mn钢表面等离子堆焊自熔性铁基合金层 (Fe5 5 )、镍基合金层 (Ni6 0 )以及镍基WC合金 (NWC2 5 ) ,并对三种堆焊层进行了显微组织、X射线衍射分析、硬度及在三种不同腐蚀介质下的磨损试验。结果表明 ,合金堆焊层的显微组织均为γ固溶体基体上分布着多种复杂的化合物相 ,如Fe2 3 (C ,B) 6,(Cr ,Fe) 7C3 ,Cr7C3 ,NiB等。NWC2 5堆焊层具有最高的硬度和耐磨性 ;合金堆焊层在稀H2 SO4和稀NaOH溶液介质中的耐磨性与在中性水中相比都有所降低 ,在酸性介质中降低更加明显     

固溶时效对等离子堆焊WCp/18Ni300钢复合涂层组织与性能的影响

采用等离子堆焊技术在Cr5钢表面制备WC增强18Ni300钢复合涂层. 研究添加质量分数为25%和35%的球形WC对堆焊层组织与性能的影响，分析固溶(900 ℃ × 1 h)和时效(490 ℃ × 5 h)处理前后堆焊层的显微组织/相变过程/显微硬度和摩擦磨损性能. 结果表明，在马氏体时效钢粉末中添加WC颗粒影响堆焊层组织和马氏体相变. WC/MS300复合堆焊涂层的显微组织主要以奥氏体为主. 经固溶时效热处理后，基体试样硬度和摩擦磨损性能下降，而WC/MS300试样中γ-F转变为α-Fe，硬度和耐磨性显著改善，添加35%WC试样耐磨性能最佳. 由WC的微观结构演变表明，固溶时效后WC颗粒周围形成厚的扩散层，显著改善了界面结合.     

碳钢表面激光熔敷镍基碳化钛涂层组织特征

利用Ni60自熔合金粉末、TiFe粉、石墨、CaF_2和稀土经适当比例混合后采用激光熔敷技术制备TiC/Ni基涂层,同时研究对熔敷涂层宏观形貌、显微组织、微观形貌、物相结构及硬度的影响。结果表明:经激光熔敷可在镍基涂层中形成陶瓷硬质相TiC,熔敷涂层表面光滑平整;熔敷层底部与基体的结合处有一条白亮带,熔敷层组织由Ti C,Fe3Ni,NiO等相组成,TiC颗粒以球状、团聚状和花瓣状分布于(Ni,Fe)固溶体;熔敷层硬度分布较均匀,硬度为HV_(0.2)550~HV_(0.2)650,明显高于基体硬度HV0.2240~HV0.2260。     

激光重熔镍基合金复合涂层组织和性能

研究了激光重熔Ni60 20% WC喷涂层的组织和性能,通过对涂层显微组织、硬度、耐磨性等试验的结果分析表明:火焰喷涂后的Ni基WC喷涂层经激光重熔处理后,涂层中有新的硬质相和共晶组织形成,WC均匀地分布在涂层中.涂层中除了包含γ固溶体外,还有WC,W2C,Ni3B,CrB,Cr7C3,Cr23C6,Cr2B,(Fe,Ni)23C6等硬质相和化合物.这些化合物有效地改善了涂层的组织和性能,得到了硬度和耐磨性较好的喷涂层.涂层表面的硬度值可以达到HRC60,涂层截面的显微硬度可以达到800 HV.     

纳米WC对热喷涂涂层耐磨性的影响

在喷涂材料Fe/WC中添加少量的纳米Ni、纳米CeO2以及不同含量的纳米WC,采用亚音速火焰喷涂方法在Q235钢上制备涂层,通过对涂层组织及性能的检测,探讨纳米WC对涂层显微组织、显微硬度以及耐磨性的影响。结果表明,添加适量的纳米WC可以改善涂层组织,提高涂层的显微硬度及其耐磨性。     

保护气体对碳化钨药芯焊丝堆焊层组织及性能的影响

采用自制药芯焊丝,利用3种保护气体(纯氢气,80%Ar+20%CO2和纯CO2气体)制备碳化钨/铁基堆焊层,对不同保护气体下WC颗粒溶解扩散、堆焊层组织、硬度及耐磨性进行研究. 结果表明,采用纯氩气保护堆焊时,WC颗粒的溶解扩散层宽度约为3 μm,WC颗粒边缘以须状共晶组织为主,焊层显微硬度为790 HV±20 HV,磨损量为11.4 mg;保护气体为纯CO2时,扩散层宽约为5 μm,共晶组织形态为菊花状、鱼骨状或类团絮状,显微硬度为590 HV±15 HV,堆焊层表面磨损程度小,磨损量为4.2 mg,较纯氩气保护降低了63%倍,耐磨性相对较好.