硼化物强化铁基堆焊合金显微组织与耐磨性

为了提高在严峻工况条件下工作的机械零件的耐磨性,采用等离子弧堆焊技术,制备硼化物强化铁基堆焊合金。借助OM,SEM和XRD等分析手段对合金组织和硼化物相形貌进行分析,并与未加入硼的Fe-Cr-C的堆焊合金进行对比。结果表明:堆焊合金中加入w(B)4.5%可改变基体的组织组成及硼化物的数量和分布形态,从而改善耐磨性。硼化物由大量菊花状M23(C,B)6和少量块状M7(C,B)3相组成,BC4与Cr2B的数量较少。耐磨粒磨损试验结果表明:堆焊合金的耐磨性随着硼含量的增加而先增大后下降,加入w(B)4.5%的堆焊层中形成的大量高硬度硼化物分布在具有较高强韧性的马氏体和奥氏体基体上,使其具有最佳的耐磨性,其磨损量仅为未加入硼时的1/6。     

Fe-Cr-B-C堆焊合金的显微组织及耐磨性

采用药芯焊丝埋弧堆焊方法制备含有C0.5%～0.7%,Cr9%～12%,B0%～2.25%(质量分数)的堆焊合金。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射和微区EDS分析等手段研究其显微组织及分布形貌。结果表明,其显微组织由铁素体+奥氏体+马氏体+硼化物((Fe,Cr)2B,(Fe,Cr)23(C,B)6,(Fe,Cr)B和(Fe,Cr)3(B,C))等组成,硼化物呈条状、菊花状、块状甚至蜂窝状等形态,不同硼化物数量及其分布形态随硼含量而改变,其中最为典型是(Fe,Cr)23(C,B)6呈菊花状并聚集分布。另外,考察了硼含量对Fe-10Cr-xB-0.6C堆焊合金硬度及耐磨性的影响,耐磨粒磨损试验结果表明,高硼堆焊合金的磨损性优良,当聚集分布的硼化物数量过多,磨粒压入基体及其显微切削运动受到硼化物的有效阻碍,但部分硼化物脱落留下的空洞使其压入切削变易,这使得硼化物与基体的界面结合强度成为影响其耐磨性的一个重要甚至主导因素。     

含TiB2相Fe-Cr-Ti-B堆焊合金的显微组织及耐磨性

采用药芯焊丝埋弧堆焊方法制备含0．8％～1．2％C,7％~8％Cr,0．8％～1．0％Ti,0～1．2％B（质量分数）的Fe-Cr-Ti-B堆焊合金,借助光学显微镜、X射线衍射等分析手段,研究其显微组织及相组成,结果表明,该堆焊合金的基体组织由大量铁素体＋少量马氏体组成,而硬质相则由（Fe,Cr）3（C,B）＋TiB2＋TiC＋（Fe,Cr）2B＋（Fe,Cr）B等构成。另外,考察了碳化硼（B4C）含量对Fe-Cr-Ti-B堆焊合金硬度和耐磨性的影响,试验结果表明,含TiB2相的Fe-Cr-Ti-B堆焊合金具有优良的耐磨性;随药芯焊丝中B4C含量的增加,堆焊合金硬度及相对耐磨性先升高后降低,当其质量分数为5％时,达到最佳值。     

Fe-15Cr-3.5B-xC堆焊合金微观组织与耐磨性的研究

采用CO_2气体保护堆焊的方法,制备了不同碳元素含量的Fe-15Cr-3.5B-xC(x=0.1,0.5,1.0)铁基堆焊合金。采用光学显微镜、XRD,SEM等方法分析了堆焊合金的微观组织结构,并对堆焊合金的宏观硬度和耐磨粒磨损性能进行了测试。结果表明:堆焊合金组织主要由M_2B,Fe_2B,M_(23)(B,C)6,M_3(B,C)和含有铁素体,奥氏体,FeCr固溶体的基体组成。随着碳含量的增加,板条状M_2B型硼化物体积分数逐渐减小。堆焊合金的宏观硬度呈上升趋势,但是耐磨粒磨损性能呈下降趋势。磨粒磨损机制为塑性变形引起的犁沟,硬质相的断裂和脱落。     

Fe-Al合金堆焊层的显微组织

用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析、透射电镜选区电子衍射（ＳＡＥＤ）技术,确定了堆焊金属的组织结构,扫描电下用能谱分析了熔合区微区的化学成分特点,研究结果表明,堆焊金属呈粗大柱状晶组织形态,其相结合为α－Ｆｅ（Ａｌ）。熔合区合金元素浓度呈梯 度变化,其中Ａｌ元素的浓度梯度最显著。     

中铬奥氏体合金抗冲击磨损堆焊材料

针对高应力磨粒磨损工况条件研制的中铬Ｃ－Ｃｒ－Ｍｏ系奥氏体体堆焊材料ＦＡＷ焊条,具有焊接工艺性好,堆焊金属抗裂性好和加工硬化率高的特点,是替代奥氏体锰钢的理想焊接材料。通过对该材料的化和磨损性能及其机理的试验研究,探讨了合金的冷作硬化及冲击磨损的一般规律。硬化机制以形变强化与碳化物析出强化为主,磨损形式以塑性凿削式去除为主。     

Fe-Cr-B合金的显微组织

采用不同的试样侵蚀方法,并结合光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析揭示了新型高含硼量(B≥1．2％质量分数)Fe-Cr-B合金的显微组织特征,特别是合金中硬质相的组织形貌特征。分析结果为今后改善Fe-Cr-B合金的韧性提供了重要的依据。     

高铬明弧堆焊合金的显微组织及耐磨性

采用金属粉型药芯焊丝自保护明弧焊方法制备了含有（质量分数,％）Cr21—23,C3．5～4．2,Si1．4—1．6,B0～1．8的耐磨合金．采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和电子能谱仪,研究B4C对其显微组织及耐磨性的影响,分析了明弧堆焊熔池凝固特点及Si,B等元素对焊缝脱氧的影响．结果表明,Si5C3可充当初生M7C3相的非均匀形核核心,随着外加B4C含量增加,初生M7C3相体积分数和尺寸均显著增加,形态由弥散分布转为聚集排列．此外,湿砂磨粒磨损试验和表面磨损形貌分析结果显示其耐磨性取决于初生M7C3相尺寸及分布形态,微观剥落为主要磨损机理．     

Fe-Cr-C-B-N系堆焊合金的显微组织及耐磨性

在低碳钢表面采用明弧堆焊的方法制备了不同氮含量的Fe-Cr-C-B-N系堆焊合金.借助X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、洛氏硬度计和湿砂磨损试验机对堆焊层的组织和性能进行分析.结果表明,堆焊层的显微组织为马氏体+奥氏体+BN+M₂₃（C, B）₆+M₃（C, B）+M₂B.随着氮添加量的增多,组织中有BN生成,初生奥氏体向针状马氏体转变,枝晶间共晶组织的数量减少;堆焊层硬度增加,磨损量出现先减少后增加的趋势.当堆焊层中氮的含量为0.17%时,基体组织与硬质相之间匹配良好,堆焊层的综合性能达到最佳,其硬度值为62.7 HRC,而磨损量仅为0.054 2 g.     

Fe-Cr-C-B-Nb堆焊合金的显微组织和耐磨性

采用明弧自保护法制备Fe-Cr-C-B-Nb系耐磨堆焊合金,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段,分析堆焊层中的物相组成,探究熔池中硬质相析出顺序,研究B和Nb元素含量对其显微组织和耐磨性影响. 结果表明,制备的堆焊合金显微组织为马氏体+残余奥氏体+ M23(C,B)6+NbC,NbC先于M23(C,B)6生成. 当堆焊层中B元素含量为0.21%,Nb元素含量为1.44%时,可以使堆焊合金有较高的硬度和耐磨性. 洛氏硬度可达69 HRC±1.5 HRC,磨损量为0.037 6 g. 过量的B元素不利于NbC析出,而使Nb元素固溶强化硼化物和基体. 耐磨性试验结果表明,M23(C,B)6和NbC两种硬质相显著改善了Fe-Cr-C-B-Nb系堆焊合金的耐磨性.     

Fe－B－C合金冲击磨料磨损性能及磨损机制的研究

以高铬铸铁为对比材料,采用MLD-10型冲击磨料磨损试验机,研究了Fe—B—C合金冲击磨料磨损性能：借助子扫描电镜,探讨了Fe—B—C合金的磨损机制。结果表明：Fe—B—C合金的硬度和冲击韧度与高铬铸铁相当,耐磨性能达到高铬铸铁水平,具有良好的性价比;Fe—B—C合金的磨损机制是以微观切削为主,同时存在微观断裂和微观犁沟的混合磨损。     

超硬质相在高温磨损中的行为及抗磨性

通过高温硬度、高温磨损试验,研究了铁基Ｃｒ－Ｍｏ－Ｗ－Ｖ－Ｎｂ系高温耐磨料磨损等离子弧粉末堆焊合金,可以替代价格昂贵的镍基和然基等离子弧堆焊合金。同时系统地研究了合金元素及其硬质相在高温磨损中的行为及堆焊合金抗磨性。即Ｃｒ７Ｃ３「（Ｃｒ,Ｆｅ）７Ｃ３」、ＣｒｅＣ「（Ｃｒ,Ｆｅ）３Ｃ」、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＮｂＣ、Ｖｃ硬质相对堆焊层的组织、硬度和耐磨性的影响规律。结果表明：硬质相的形态、数据和大小不同对堆     

TC4合金表面TiB2强化TiAl3复合渗层的组织形成及耐磨性能

目的 在TC4钛合金表面制备扩散渗层以提高其耐磨性能.方法 采用包埋渗的方法,首先对TC4合金样品进行950～1100℃下4～8 h渗B,然后再进行950～1100℃下4 h渗Al制备TiB2强化TiAl3复合渗层.通过分析复合渗层的组织结构、表面粗糙度、硬度和磨损率等,结合对包埋渗B和Al过程的热力学分析,阐明TiB2强化TiAl3复合渗层的组织形成机理和耐磨性能.结果 采用包埋渗的方法,可在TC4钛合金表面制备厚度约37～108μm的TiB2强化TiAl3复合渗层,其表面粗糙度约为5.485～9.320μm.复合渗层由硼化物相和Ti-Al金属间化合物相组成,TiAl3层为复合渗层的主体,硼化物主要分布在复合渗层的表层区域,形成TiB2连续层或弥散分布于TiAl3层最外部.通过调整渗Al的温度和时间可调控复合渗层中硼化物的形态和分布.室温干摩擦条件下,TiB2强化TiAl3复合渗层与GCr15对磨时磨损率最低为2.65×10–5 g/(N·m),较相应渗B层可最多降低约75.0％.结论 可采用扩散渗的方法,在TC4钛合金表面实现TiB2强化TiAl3复合渗层的可控制备,复合渗层表现出了比渗B层更优异的耐磨性能.     

碳化钨含量对钴基碳化钨复合喷熔层耐磨性的影响

为提高20钢的耐磨料磨损性能,利用氧一乙炔火焰喷涂的方法制备了不同WC含量的钴基WC复合喷熔层。显微组织分析表明,复合喷熔层与基体结合良好,喷熔层内WC颗粒分布均匀。磨损试验结果表明,钴基WC复合喷熔层具有优异的耐磨性能,随WC含量的增加,喷熔层耐磨性能增强。     

轴向压力对X65合金钢摩擦堆焊层组织和磨损性能的影响

为拓宽摩擦堆焊的工程化应用,以X65钢作为耗材和基板材料进行了摩擦堆焊工艺试验研究,在选定最优焊速的基础上,主要讨论了轴向压力与堆焊层组织、显微硬度及磨损性能的影响。试验表明:在转速4 000 r/min、堆焊速度200 mm/min、轴向压力在59.7~104.4 MPa范围下可获得冶金连接与成型良好的摩擦堆焊层。随轴向压力增加,堆焊层宽度增加、但厚度减小;过高轴向压力不能增加摩擦堆焊层的有效体积。摩擦堆焊接头主要由堆焊层、热影响区(HAZ)和母材区域组成,与传统摩擦焊缝细小晶粒组织特征不同,摩擦堆焊层主要为粗大板条和粒状贝氏体混合组织特征。HAZ主要由过热区和相变重结晶区组成,过热区主要为贝氏体组织特征,而重结晶区为细小铁素体晶粒组织特征。轴向压力变化对堆焊层组织粗化倾向和HAZ尺寸有较大影响,但对HAZ的组织形态影响不大。不同轴向压力下的堆焊层平均硬度及抗磨损性能均高于母材,与母材比较堆焊层磨损体积最大可降低33.3%。     

纳米WC增强Ni基合金喷熔层组织结构与抗磨粒磨损特性

目的研究纳米WC对Ni基合金喷熔层抗磨粒磨损性能的影响。方法采用扫描电镜、X射线衍射分析了氧乙炔火焰喷熔Ni基合金层和两种不同结构WC增强Ni基合金喷熔层的微观组织和相结构,并通过磨粒磨损试验平台对三种涂层进行磨损性能测试。结果纳米WC粉末的加入,能有效提高喷熔层的宏观硬度。通过组织分析得出纳米WC增强Ni基喷熔层中除含有γ-(Ni,Cr)固溶体、Cr的碳化物、硼化物以及微米级WC颗粒之外,还含有一定量的纳米WC团聚体和少量高硬度的W_2C相。磨粒磨损实验结果显示,纳米WC增强Ni基喷熔层的磨损失重分别为Ni60和NiWC35涂层失重的56%和73%。对比磨损后涂层的表面微观形貌可知,纳米WC颗粒在涂层中能有效降低磨粒压入喷熔层的深度,从而控制磨粒对喷熔层的犁削量。结论纳米WC增强Ni基合金喷熔层中含有的γ-(Cr,Ni)固溶体、Cr_(23)C_6、Cr_7C_3、Cr_3Ni_2及未熔化的WC颗粒和WC脱碳形成的W_2C等硬质相,使镍基自熔合金涂层的硬度有较大提高,同时也大大提高了涂层的抗磨粒磨损性能。     

Fe–Cr–Ti–Nb–V–C系堆焊层的组织及耐磨性研究

设计了Fe-Cr-Ti-Nb-V-C系堆焊层金属，并与Fe-Cr-W-Mo-C系进行对比，利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）分析了堆焊层的组织，利用MM200型磨损试验机进行耐磨性对比，通过磨损面形貌观察，探讨了磨损机理。结果表明，由于形成弥散的MC型碳化物第二相及强韧的基体，Fe-Cr-Ti-Nb-V-C系堆焊层金属具有良好的耐磨性。     

低碳马氏体细晶粒钢的显微组织及耐磨性能

采用微合金化和控制轧制获得11～12级原始晶粒的细晶合金钢,研究了该合金钢的显微组织、力学性能及摩擦磨损性能.结果表明,通过适当的热处理可获得板条马氏体 残留奥氏体 弥散分布碳化物的显微组织;其抗拉强度为1600～1936 MPa、断面收缩率为25%～45%、伸长率为8%～14%、硬度为46～52 HRC、冲击韧度为55～103 J/cm2.在250 N载荷、0.84 m/s条件下,其磨损方式主要表现为磨料磨损和轻微的粘着磨损.     

CaCO3对复合粉粒和实心焊丝明弧堆焊高铬合金组织及耐磨性的影响

目的 将活性剂引入复合粉粒,旨在改变电弧对其的作用属性,以提高堆焊金属的合金化元素量,从而改善其耐磨性。方法 以复合粉粒和实心焊丝作为填充材料,采用自保护明弧焊法制备系列高铬合金。借助X射线衍射仪、扫描电镜及附属电子能谱仪等手段,研究复合粉粒添加CaCO₃含量对其堆焊高铬合金的组织及耐磨性的影响。结果 随着CaCO₃添加量增大,焊缝的碗形熔深随之消除,堆焊合金的粉粒填充量由43.7%提高到47.5%,熔合比由0.281降低至0.140。这使堆焊合金组织由亚共晶变为过共晶结构,初生M₇C₃相的体积分数随之明显增加,堆焊合金硬度从55.4HRC提高至62.3HRC,磨损质量损失从54.9mg降低至16.7mg,耐磨性净增加2.3倍,合金磨损方式包括微观切削和显微剥落。高速摄影仪所拍电弧影像和电流电压数据显示,复合粉粒添加CaCO₃粉,使其堆焊电弧形态从圆锥形转变变为扁平钟罩形,电弧覆盖面积扩展约2倍。结论 复合粉粒引入CaCO₃粉,促使电弧扩展,这不仅提高了复...     

Si 含量对 FeCoCr0. 5 NiBSix 高熵合金涂层组织结构和耐磨性的影响

目的研究Si含量对激光熔覆FeCoCr_(0.5)NiBSi_x高熵合金涂层组织结构、硬度和耐磨性的影响。方法采用激光熔覆技术,在45钢基体表面制备了不同Si含量的FeCoCr_(0.5)NiBSi_x(x取0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列高熵合金涂层,分析涂层的宏观形貌、微观组织及相结构,测试涂层的硬度,通过摩擦磨损实验测试涂层的耐磨性。结果熔覆态高熵合金涂层均由FCC相和M2B相组成,显微组织包括先共晶组织和共晶组织。随着Si含量的增加,FCC相增多,M_2B相减少,共晶组织由蜂窝状到颗粒状,然后消失。高熵合金涂层的平均硬度随着Si含量的增加而先降低后增加,FeCoCr_(0.5)NiBSi0.3的硬度值最小(613HV),FeCoCr_(0.5)NiBSi_(0.4)的硬度值最高(820HV)。高熵合金涂层的磨损体积随着Si含量的增加而先增大后减小,FeCoCr_(0.5)NiBSi_(0.3)的磨损体积最大(0.00406mm3),FeCoCr_(0.5)NiBSi0.4的磨损体积最小(0.00233mm3)。结论随着Si含量增加,涂层的M2B相减少,共晶组织逐步消失,耐磨性则先降低后提高。耐磨性能最好的是FeCoCr_(0.5)NiBSi_(0.4)高熵合金涂层。