纳米 Y2 O3 对过共晶 Fe-Cr-C 堆焊合金表面微观组织与耐磨性的影响

目的研制一种新型添加纳米Y2O3的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,改善堆焊合金粗大的初生M7C3碳化物,提高堆焊合金的耐磨性。方法采用明弧堆焊的方法制作堆焊合金,用金相电子显微镜对其表面微观组织进行观察,用洛氏硬度计对其表面硬度进行测量,用砂带摩擦磨损试验机对其表面耐磨性进行评价,用扫描电子显微镜对其磨损形貌进行观察。最后,利用错配度理论对M7C3的细化机理进行分析。结果过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由初生M7C3和共晶组织(共晶M7C3、奥氏体及部分马氏体)组成。未添加Y2O3的堆焊合金初生M7C3比较粗大,其平均尺寸在22μm,硬度为55HRC,磨损量为0.85mg/mm2。经纳米Y2O3改性之后,堆焊合金的初生M7C3尺寸变小,其平均尺寸为16μm,硬度为57HRC,磨损量减少为0.59 mg/mm2,Y2O3的(001)面与正交M7C3的(100)面之间的二维错配度为8.59%。结论 Y2O3可以成为M7C3的非均质形核核心,从而细化了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的初生M7C3碳化物,提高了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金表面耐磨性。     

电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的钨极氩弧重熔处理

采用高速电弧喷涂技术及钨极氩弧重熔技术分别制备Fe-Cr-B喷涂层及其重熔层,采用X射线衍射仪、金相显微镜、X射线残余应力测试仪、显微硬度仪、动载磨料磨损试验机、扫描电子显微镜分别对喷涂试样及重熔试样的相结构、微观组织、残余应力、纵截面硬度、耐磨性及磨损表面形貌进行观察与测试。结果表明,重熔处理后,电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的组成由Fe基非晶和硼化物相转为Cr_2B、(Cr,Fe)_2B、α-Fe相,涂层与基体由机械结合转为冶金结合,重熔试样由表层至基体的显微组织分别是初生硼化物以及共晶组织、共晶硼化物+马氏体+奥氏体、初生奥氏体以及共晶组织、热影响区组织。重熔处理后,涂层显微硬度由689 HV0.1上升为960 HV0.1,磨损失重率由0.088 g/(cm~2·min~(-1))降为0.004 6 g/(cm~2·min~(-1))。喷涂层的磨粒磨损机制主要是微断裂,重熔层的磨粒磨损机制主要是变形磨损和微切削。     

FeCrBSiWNb喷涂层的钨极氩弧摆动重熔处理

目的设计一种新型的FeCrBSiWNb高速电弧喷涂涂层的钨极氩弧摆动重熔工艺,解决传统钨极氩弧无摆动重熔层单道宽度窄且不均匀、多道搭接处易出现气孔及裂纹等问题。方法通过几何分析和计算设计摆动重熔工艺,并制备FeCrBSiWNb重熔层,利用XRD衍射仪、光学显微镜、扫描电镜对摆动重熔层的相结构、显微组织进行表征,用显微硬度仪对其纵截面的显微硬度进行测量。结果设计的钨极氩弧摆动重熔工艺参数:电流53~55A,钨极移动在X方向移动速度65~68mm/min,Y方向移动速度485~500mm/min。摆动重熔层内部无裂纹且单道宽度增大,FeCrBSiWNb重熔层的基体组织由马氏体、残余奥氏体、Fe-Cr固溶体组成,硬质相由硼化物及拉弗斯相组成,重熔层存在固溶强化、析出强化等多种强化方式。重熔层、热影响区、母材的显微硬度分别是820HV0.3、563HV0.3、242HV0.3。结论所设计的新型摆动重熔工艺增大了单道重熔层宽度,进而有效解决了重熔层内部残余应力大易导致裂纹产生的问题。     

H13钢表面铁基、钴基熔覆层的组织与冲击韧性

为促进激光熔覆技术在热作模具钢常见缺陷修复上的应用,采用铁基、钴基粉末对热作模具常用材料H13钢常见缺陷进行激光熔覆修复,借助金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和摆锤冲击试验机,对比分析了基材及2种熔覆试样的组织形貌、显微硬度和冲击韧性。结果表明:铁基熔覆层由白色网状树枝晶、黑色晶间碳化物、回火马氏体、残余奥氏体组成;钴基熔覆层由Co-Cr固溶体枝晶和共晶组织组成;铁基熔覆层、钴基熔覆层和基体的显微硬度分别为576,605,490 HV10 N,冲击功分别为4.73,4.31,5.36 J,且熔覆层中碳元素含量较高时,其冲击韧性下降,而合金元素的存在有利于改善熔覆层的冲击韧性;铁基、钴基熔覆层为解理断裂和局部准解理断裂的脆性断裂机制,基体主要表现为韧性断裂机制,与冲击功测试结果相一致。     

H13钢激光相变硬化的组织与性能试验研究

为提高H13热锻模具的耐磨性能和耐腐蚀性能，利用激光相变硬化技术对H13钢进行处理，采用XRD衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、电化学工作站及高温摩擦磨损试验机对其相结构、显微硬度、耐腐蚀性及耐高温磨损性能进行测试。硬化层由针状马氏体、板条马氏体和碳化物组成，硬化深度为0.71 mm，显微硬度约为750 HV0.3。在脱模剂溶液中，硬化层的自腐蚀电流密度比基材小一个数量级。硬化层高温磨损的质量为基材的7%，磨损机理以黏着磨损为主，同时伴有磨粒磨损和氧化磨损。     

H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

采用激光熔覆技术在AISI H13 热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层. 借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性. 采用马弗炉进行加热600 ℃,保温1 h,反复4 次,并测得红硬性硬度. 结果表明,基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47,HRC 52,HRC 48. 基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降,而钴基熔覆层的红硬性硬度提升. 钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小. 基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层在NaOH 溶液中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能

目的 分析超音速火焰喷涂制备的Cr3C2-NiCr涂层在碱性环境中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能,揭示涂层腐蚀及冲蚀腐蚀磨损失效机制。方法 利用超音速火焰喷涂技术在45#钢表面制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层,采用光学显微镜、显微硬度仪、碱性环境腐蚀性能试验台、电化学分析仪、冲蚀腐蚀磨损试验机、电子天平、扫描电子显微镜,分别对组织结构、显微硬度、碱性环境下耐蚀性能、耐冲蚀腐蚀磨损性能、冲蚀腐蚀磨损损失质量及表面形貌进行测试。结果 Cr3C2-NiCr涂层呈典型层状结构,内部随机分布着孔隙及氧化物,涂层孔隙率及显微硬度平均值分别为1.3%和817HV0.1。在pH=11的NaOH溶液中,涂层的电化学腐蚀电位为-0.38 V,腐蚀反应生成的氧化物可有效阻止腐蚀继续进行,长期浸泡过程中,腐蚀介质通过裂纹或穿透性孔隙渗入涂层内部直至基体表面,并发生腐蚀反应,形成的腐蚀产物逐渐累积并排出至涂层表面,最终形成体积较大且呈团絮状的腐蚀产物。在碱性腐蚀环境下,腐蚀介质加剧冲蚀磨损中的材料消耗。相同条件下,涂层腐蚀冲蚀磨损损失质量明显小于基体材料,涂层的冲蚀腐蚀磨损失效机制主要有腐蚀产物脱落、硬质颗粒剥落、粘结相磨耗、缺陷处因疲劳裂纹整体脱落。结论 在碱性环境中,Cr3C2-NiCr涂层具有较强的耐腐蚀性能,腐蚀介质能加快涂层冲蚀磨损进程,磨损后表面为非光滑表面,使涂层具有较优的抗冲蚀磨损性能,故Cr3C2-NiCr涂层可显著改善基体表面的综合使用性能。     

Microstructure and wear resistance of Fe-based and Co-based coating of AISI H13

Fe-based and Co-based cladding layers were prepared on the surface of AISI H13 hot die steel by laser cladding technology. The microstructure, hardness and abrasion resistance of the two cladding layers were studied by means of optical microscope, scanning electron microscope, rockwell hardness tester, and high temperature friction and wear tester. Also, the red hardness of the cladding layers was measured, after holding the layers at 600 ℃ for 1 hour by muffle furnace and repeated 4 times. The rockwell hardness values of the substrate, the Fe-based and the Co-based alloy coating measured were HRC 47, HRC 52 and HRC 48, respectively. The red hardness values of the substrate and the Fe-based cladding layer were decreased, while that of the Co-based cladding layer was increased. The Co-based cladding layer has the minimal wear loss weight and friction coefficient among them. The wear mechanisms of the substrate, the Fe-based layer and the Cobased layer attribute mainly to abrasive wear, adhesion wear, and both of them, respectively.