Fe-Cr-C系硬面合金及其硬质相的研究进展

针对工件表面的磨损破坏,常通过熔覆、喷涂等手段,在失效位置得到高耐磨性的硬面合金层来进行修复强化。该方法不仅经济方便,还可有效提高工件服役寿命。在表面修复工艺中,硬面层的成分选用极为重要。Fe-Cr-C系硬面合金即一类典型的Fe基表面修复材料,目前正广泛应用于各类工矿耐磨部件的表面修复及强化中,与其他成分的硬面合金相比,它具有几大显著优势:(1)成本低廉;(2)强度、韧度、耐磨性优异且较平衡;(3)性能可调节范围广,能满足于多种磨损工况的修复强化。 传统的Fe-Cr-C系硬面合金主要依靠其凝固时产生的M₃C、M₂₃C₆、M₇C₃、高碳马氏体等几种高硬度物相来获得一定的耐磨性。然而在实际磨损工况中,通常会出现硬度更高的SiC、Al₂O₃等磨料,且近年来,随着各种高新技术的竞相出现,大量机械设备规格的转型升级成为大势所趋,这使得各类耐磨部件需要满足于更为苛刻的服役条件。因此,Fe-Cr-C系硬面合金的耐磨性有待进一步改善。 针对这一问题,目前国内外的研究焦点多集中于合金微观组织调控,尤其是硬质相的引入及其尺寸形态改善等,且取得了一系列可观的成果。在硬质相引入方面,探索出各有优缺点的两种引入手段——原位合成法与外界加入法。其中,原位合成法一方面可在熔池反应中得到高热力学稳定性的陶瓷硬质相,另一方面也可在一定程度上强化合金组织。然而,由于熔池高温停留时间短,某些高熔点硬质相生成效率较低。虽外界加入法可有效解决这一问题,但是也需注意硬质相溶解烧损、硬质相与基体界面稳定性差等现象;在硬质相形态控制方面,不少学者探索出合金成分、熔覆制备工艺对硬质相含量、尺寸形态、生长方向的影响。对于合金成分,调整Cr和C的质量比(以下均简称为Cr/C值)或增加C含量可提高碳化物的体积分数,适量合金元素的添加也可通过异质形核作用细化硬质相;在熔覆工艺方面,提高焊后冷却速率可抑制合金凝固初期C原子的扩散,使初生M₇C₃碳化物呈细小及高密度形态,控制焊后热梯度方向也可使M₇C₃垂直于堆焊面生长。此外,在焊接熔池中适当引入磁场也可诱导液态金属的一次枝晶臂分离,增加碳化物的形核质点,从而起到细化组织的作用。 基于近年来的最新研究成果,本文归纳了Fe-Cr-C系硬面合金中硬质相调控的研究进展。首先介绍了合金的凝固行为与组织结构,然后着重综述了硬质相的引入方式、形态控制手段,最后对Fe-Cr-C系硬面合金未来可能的发展趋势提出见解,并围绕硬质相拟定了潜在的研究方向,以期为进一步改善Fe-Cr-C系硬面合金的耐磨性提供参考。     

硼对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织的影响

在Fe-Cr-C耐磨堆焊合金中,加入硼元素可以有效地提高堆焊层的硬度。本工作以高碳、高铬耐磨堆焊合金为基础,在五组不同的堆焊焊条药皮中加入不同含量的硼元素,研究了硼对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金硬度、组织的影响。实验结果表明,在Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金中加入硼,当在0.1%～0.9%时,堆焊层表面宏观硬度随着硼含量的增加而近似的呈线性增加。当硼含量大于1%时,继续加入硼,对宏观硬度的增加影响较小。当含硼量在0.1%～0.9%范围内,硼能显著提高Fe-Cr-C耐磨合金组织中的硬质相密度。硼对硬质相密度影响的敏感成分范围是0.1%～0.9%,当硼含量大于1%时,继续增加硼含量,硬质相含量没有明显增加。在所研究的含硼量范围内,硼对基体组织的硬度影响较小。     

稀土Mg-Gd系合金的研究现状与展望

Mg-Gd系镁合金因满足航空航天材料轻量化、高温强度的要求而受到极大关注。简述了稀土Mg-Gd系合金的研究现状。从合金氧化夹杂、流动性能、Gd在合金中的偏析以及合金的热裂性等方面阐述了浇铸法制备Mg-Gd系合金的铸造性能。通过统计比较了近年来在Mg-Gd基础上设计出的合金在不同状态下的强度、塑性数据。阐述了合金在低温、室温下的强度与抗蠕变性能、高温压缩性能和短时强度等高温力学性能及各自的断裂机制。最后,叙述了该合金系的耐腐蚀性能,并展望了该合金系的研究前景。     

Al—Pb系非混合合金的研制现状与展望

金属合金在熔融状态下一般多呈单一的均匀液相,但有些合金即使在熔融状态下也同油和水一样分离成两相,且凝固后其成分的互溶度甚小。这类合金称为非混合合金。非混合合金在高出非混合区域的高温下,也会变成单一的液相,Al-Pb系合金就是其中     

等离子原位合成Fe-Cr-V-C堆焊合金的耐磨性

采用等离子堆焊技术制备了不同Cr含量的Fe-Cr-V-C堆焊合金,借助扫描电镜和X射线衍射等分析手段研究了碳化物形貌及合金物相组成。同时研究了Cr含量对合金硬度和耐磨性的影响,并探讨了磨损机理。结果表明:堆焊合金组织由马氏体、铁素体、奥氏体、M7C3及VC组成。合金中随着Cr含量的提高,由于硬质相M7C3和VC的数量及形态变化不大,而具有高硬度的针状马氏体基体组织的减少使得合金的耐磨性先降低,当达到一定值后继续增加Cr含量,M7C3的数量逐渐增多,因而耐磨性随后增大;当Cr含量达到27.2%(质量分数)时,大量高硬度六边形M7C3复合物(约HV1200)结合一定量VC(约HV1600)颗粒构成坚实的耐磨骨架,使得合金具有最佳的耐磨性。     

耐磨材料在高炉生产中的研究与应用

针对高炉上料系统设备的耐磨性能差,使用寿命低的问题,通过不同耐磨材料的合理选用及部分设备结构合理化改造,有效的提高了设备运行稳定性、可靠性,确保了高炉上料系统设备的长期、稳定运行。     

Fe-Cr-B-C堆焊合金的组织与耐磨性

采用药芯焊丝气体保护堆焊方法制备Fe-Cr-B-C堆焊合金,利用金相、SEM、XRD等方法,分析了不同硼含量对堆焊合金组织及硼化物形貌的影响。结果表明:Fe-12Cr-xB-0.1C合金的显微组织由铁素体+奥氏体+(Fe,Cr)2B+(Fe,Cr)23(B,C)6组成。当硼含量<3%(质量分数,下同)时,随着硼含量增加,硼化物形态逐渐由断续网状转变为网状;当硼含量≥3%时,随着硼含量增加,初生块状(Fe,Cr)2B数量逐渐增加,其尺寸和分布更均匀,硼化物主要呈块状、条状、鱼骨状、蜂窝状及菊花状分布。初晶(Fe,Cr)2B近似呈四边形柱状体,趋向垂直于堆焊层表面生长。当硼含量≤4%时,硼的增加能显著提高Fe-Cr-B-C堆焊合金的硬度及耐磨性。     

高强度Mg-Zn系合金的研究现状与发展趋势

论述了国内外Mg-Zn系合金的研究和开发现状,分析了zr和稀土元素在Mg-Zn系合金中所起的作用以及对合金组织、性能及变形加工能力所产生的影响,总结了Mg-Zn-Re(-Zr)系合金中准晶相和G.P.区的形成、作用及特点.指出在Mg-Zn系合金中添加稀土元素合金化促进G.P.区的形成是研究开发高强韧性镁合金的一个重要发展方向.     

含Gd的Mg-Al系合金研究现状

镁合金作为"21世纪绿色环保工程材料",具有广阔的应用前景.在诸多类型的镁合金中,Mg-Al系合金是目前应用范围最广、牌号最多的镁合金.合金化一直是改善镁合金性能的重要手段,在围绕Mg-Al系合金开展的众多合金化研究中,加入稀土元素Gd是一个重要的研究方向.近年来,许多研究者围绕微观形貌、力学性能与腐蚀行为三个方面对含Gd的Mg-Al系合金广泛开展了研究.在Mg-Al系合金中加入Gd后,合金第二相的种类与结构会发生相应的变化.其中,最常见的变化为脆性第二相Mg17 Al12转换为高硬度第二相Al2 Gd.Al2 Gd在合金凝固时可作为非均质形核点,使合金的晶粒尺寸得到明显的细化,力学性能也得到提高(细晶强化).此外,Al2 Gd作为热稳定相,在随后的热处理及热加工过程中,不会发生回溶或分解,因此其可以钉扎晶界,抑制晶粒异常长大.2011年有学者首次在含Gd的Mg-Al系合金中发现了LPSO相,但相比于Mg-Zn合金,目前Mg-Al系合金中关于LPSO的研究还比较少,LPSO相的潜力还未得到充分发挥.一般而言,Gd可提升铸态Mg-Al系合金的力学性能,但其对热处理态及热挤压态Mg-Al系合金力学性能的影响更为复杂,还需进一步探究.腐蚀行为方面,加入Gd不仅可以减少Mg-Al系合金晶界处Cu、Fe、Ni等有害杂质元素的偏析,抑制有害杂质元素带来的腐蚀,还可以使腐蚀产物膜更加稳定、致密,从而减缓腐蚀.当然,加入Gd后,Mg-Al系合金第二相的成分、含量、形态及分布发生了改变,导致第二相与基体相的电位差、第二相起到屏蔽腐蚀离子的作用发生改变,也会使合金的腐蚀行为发生相应变化.本文综述了国内外含Gd的Mg-Al系合金的研究现状,介绍了Gd对Mg-Al系合金微观形貌、力学性能和腐蚀行为的影响,并分析了目前研究的不足,最后展望了含Gd的Mg-Al系合金的研究趋势.     

氮合金化堆焊硬面合金的耐腐蚀性能研究

在马氏体不锈钢中加入氮合金,并通过铌、钒、钛固氮形成氮合金化堆焊硬面合金,进行了电化学腐蚀和化学侵蚀实验,研究了硬面合金的耐腐蚀性能。结果表明:堆焊硬面合金的氮合金化,抑制了铬的碳化物的析出,有效增强了钝化膜的稳定性,使硬面合金的自腐蚀电位从-345mV提高到-264mV,增强了堆焊硬面合金抗电化学腐蚀性能;氮合金化堆焊硬面合金均匀细小的组织形态,使得在FeCl3溶液中发生点蚀的蚀坑小且分散,提高了硬面合金的耐腐蚀性能。     

SiC对自保护明弧高铬堆焊合金性能的影响

采用药芯焊丝自保护明孤堆焊方法制备了系列高铬合金,借助光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及湿砂耐磨性实验,研究了SiC含量对其性能的影响.结果表明,SiC显著影响其显微组织形态、尺寸、数量及分布.当SiC含量0％～4％(质量分数,下同)时,堆焊层维织晶粒细化,共晶组织(a-Fe+ M3 (C,B))数量增加,耐磨性下降...     

Si对明弧堆焊合金M_7C_3相及耐磨性的影响

采用药芯焊丝自保护明弧焊方法制备Fe-17Cr-4C-2V-Mn-Si-Ti多元合金系堆焊合金。借助金相显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜等手段,研究硅对其M_7C_3(M=Fe,Cr,V,Mn)相及耐磨性的影响。结果表明:当硅含量从0.6%(质量分数,下同)增加到2.4%时,初生M_7C_3相由板条状转变为块状弥散分布;其相邻间隔的γ-Fe数量逐渐减少直至消失。硅改变了初生M_7C_3形核前驱体-液态合金化高碳原子团簇的属性而引起其形态、分布和尺寸改变。磨损结果表明,当硅含量从0.6%增加至2.4%时,合金耐磨性先提高后下降,至1.5%时耐磨性最佳,微切削和微观断裂两种磨损机理并存。     

高铬铁基药芯焊丝不同堆焊工艺下的显微组织与性能研究

采用高铬铁基耐磨合金细粉做成药芯焊丝,分别用埋弧堆焊和等离子束堆焊方法制备耐磨试样,对试样的显微组织、硬度分布、耐磨性分别进行研究。实验表明：埋弧堆焊和等离子束堆焊组织具有较明显的区别,埋弧堆焊试样结晶定向性更好,晶粒更细化;埋弧堆焊涂层显微硬度平均值为791 HV0.2,等离子束堆焊涂层显微硬度平均值为774HV0.2,埋弧堆焊涂层的显微硬度分布更均匀;耐干砂磨粒磨损性能埋弧堆焊是等离子束堆焊的1.7倍。     

3Cr2W8V钢的激光熔覆镍基硬面合金的耐磨性

本文报导在钢表面激光熔覆镍基硬面合金表面改性的研究结果，用OM、TEM、XRD研究了合金层的微观组织特征，用EDS－SEM研究了熔覆合金层的成份分布；用相分析，XRD、比色法，化学分析研究了合金层的碳化物（硼化物）种类、数量、分布；还研究了激光熔覆合金层的显微硬度和耐磨性。     

铸造Fe-C-B耐磨合金增韧研究与进展

新一代耐磨材料Fe-C-B合金具有较高的经济效益和优异的耐磨损性能,但网状硼化物的存在导致其韧性较低,限制了其发展和应用。阐述了Fe-C-B合金B含量优化、高温热处理、合金化、变质处理等增韧方法的研究进展。综合大量研究发现:B含量在2.0%~4.0%范围内时,合金性能较好,硬度可达到60HRC,冲击韧性在6J/cm2左右;在1 000~1 050℃范围内进行高温热处理更利于合金增韧;合金化和变质处理对韧性有一定改善作用。为了进一步提高Fe-C-B合金韧性,需要结合各种增韧方法,深入探讨韧性机制。     

Research About Microstructure and Wear Resistance of Hardfacing Layer on Cast Iron

It's simple technology to manufacture big trimming die by hardfacing on the base metal of cast iron. The chemical composition, microstructure, hardness, wear resistance and wear mechanism of the hardfacing layer were studied.The experimental results indicate that the hardfacing technology has much more advantages and cheaper than that of traditional process. The chemical composition, microstructure, hardness of the hardfacing metal are all satisfied for manufacturing the big trimming die by welding on cast iron. The wear resistant test of hardfacing layers were carried out by using two different electrodes. The wear resistance of new electrode hardfacing layer is higher than that of normal hardfacing electrode D322. The wear mechanism of hardfacing layer is belongs to abrasive wear model.