等离子熔覆TiC/Fe基熔覆层显微组织及碳化物演变机理分析

目的 为了提高3Cr13马氏体不锈钢的硬度和耐磨性,在其表面制备TiC/Fe基熔覆层,分析熔覆层组织的均匀性及碳化物类型,探究碳化物演变机理和对熔覆层硬度的影响规律。方法 采用等离子同步送粉熔覆,在3Cr13不锈钢基材上熔覆球形TiC/Fe基熔覆层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、能谱仪分析熔覆层微观形貌特征、相组成以及析出相的元素分布规律,利用显微硬度计测量熔覆层的硬度。结果 随着TiC添加量的增加,熔覆层中的Ti和C元素含量也增加,说明有部分TiC熔解。未添加TiC的熔覆层组织主要是Fe-Cr固溶体和(Fe、Cr)7C3,TiC/Fe基熔覆层的为Fe-Cr固溶体和TiC、(Fe、Cr)3C2、(Fe、Cr)7C3。两种熔覆层中的析出相主要以(Fe、Cr)7C3为主,但在TiC/Fe基熔覆层中还存在其熔解后重新析出的TiC及过渡相(Fe、Cr)3C2。TiC添加量增加,熔覆层显微硬度也增加。结论 TiC/Fe基熔覆层中的第二相除(Fe、Cr)7C3,还有原始TiC、析出的TiC和(Fe、Cr)3C2。在研究范围内,随着TiC添加量增加,熔覆层中熔解的TiC量也增加。析出的TiC可以作为(Fe3Cr4)C3的有效形核质点,促进(Fe3Cr4)C3的形成,形成过程是(Fe、Cr)3C2以析出的TiC为形核核心形核长大,随后相变为更加稳定的(Fe、Cr)7C3,在快速冷却过程中有未转变完的(Fe、Cr)3C2保留下来。熔覆层中的原始TiC、析出的TiC、生成的(Fe、Cr)7C3和(Fe、Cr)3C2作为硬质相提高了熔覆层的硬度。     

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.     

柱塞表面激光熔覆铁基涂层的强韧化机理

文中在柱塞表面激光熔覆制备高硬度铁基涂层,采用SEM,XRD,EPMA和TEM等手段研究熔覆层组织特征及耐磨性,阐述其强韧化机理.结果表明,激光熔覆铁基合金涂层成形良好,无裂纹及气孔等缺陷,熔覆层与基体呈冶金结合,组织由(Ni,Fe)固溶体、(Cr,Fe)₂₃C₆碳化物和少量孪晶马氏体组成.铁基熔覆层的强化机制主要有细晶强化、固溶强化、弥散强化以及马氏体强化;熔覆层内(Ni,Fe)固溶体及细晶强化的综合作用,保证了高硬度铁基涂层的韧性.铁基熔覆层显微硬度较45钢提高4倍,最大值H_HV0.2=850 GPa;熔覆层耐磨性明显高于45钢,45钢表面出现大面积疲劳剥落,铁基熔覆层磨损面平整,磨痕很浅且少,磨损机制为轻微的磨粒磨损.     

Nb-Ni-Ti-B强化药芯焊丝堆焊金属组织结构及耐磨性分析

针对Nb-Ni-Ti-B强化药芯焊丝堆焊金属进行研究,采用XRD和SEM分析了样品的相结构和显微结构;研究发现焊丝熔敷金属中的Fe2B能使熔敷金属堆焊层更加稳固,具有良好的抗剥离性能,Fe2B的硬度高、耐磨性好、分布均匀,镶嵌在熔敷金属的基体中有着骨架的作用,使该合金具有了良好的耐磨性;堆焊金属中的TiC为NbC提供了凝结核,形成NbC+TiC复合相,在提高耐磨性的同时有利于促进NbC弥散分布。NbC+TiC复合相弥散分布在熔敷金属中,部分NbC+TiC复合相嵌于Fe2B组织中有利于固化Fe2B组织。通过Nb-Ni-Ti-B强化药芯焊丝堆焊金属与5C-27Cr型高碳高铬合金焊丝熔敷金属磨损试验比较,Nb-Ni-Ti-B强化堆焊金属相对5C-27Cr型高碳高铬合金的耐磨性为2.08。     

铬碳化合物对Fe-Cr-C堆焊层组织耐磨性影响的研究

耐磨堆焊已经成为了零件表面修复,延长设备使用寿命的重要方法之一。堆焊层金属的硬度和在不同工作环境下的磨损量是衡量其耐磨性的重要指标,而耐磨料磨损的性能和耐冲击磨损的性能往往不能兼得。研究Fe-Cr-Ti-C系药芯堆焊焊丝,通过对其堆焊层硬度、耐磨料磨损和耐冲击磨料磨损性能的研究,发现(Fe,Cr)7C3、Cr23C6等硬质相的存在数量和形式,与其在马氏体、奥氏体基体中的生长方式对堆焊层的硬度、耐磨性有显著的影响,探讨了加工硬化和硬质相的不同生长方式对材料在有冲击和无冲击条件下磨损量的变化规律。     

激光熔覆VC-Cr7C3复合熔覆层的组织与力学性能

采用激光熔覆技术在Q235钢表面原位合成了VC-Cr₇C₃复合熔覆层,并研究激光扫描速度对熔覆层微观组织与力学性能的影响。利用扫描电镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪等对熔覆层组织及性能进行分析。结果表明,激光熔覆技术可使V、Cr、C混合颗粒间发生原位反应形成VC-Cr₇C₃复合熔覆层,其主要由黑灰色VC相、灰色Cr₇C₃相及{FeM}粘结相组成,其中Fe与Cr可共同形成Cr₇C₃相(M₇C₃)。激光熔覆凝固形状控制因子K与C元素的分布状况使得熔覆层顶部出现大量碳化物等轴晶组织,中部碳化物等轴晶的含量有所减小,而底部由于C含量较低,其碳化物含量较少,且碳化物晶粒形貌受到激光扫描速度的影响,在1 mm/s时碳化物呈树枝晶组织,在1.5 mm/s时呈等轴晶组织。同时在1.5 mm/s时熔覆层晶粒尺寸明显小于1 mm/s时的。以上熔覆层组织结构与成分变化使其硬度随层深的增加而降低,同时随着扫描速度的增加,熔覆层的硬度也逐渐增加,熔覆层的硬度高于Q235钢3倍以上。在1.5 mm/s时熔覆层摩擦因数为0.4,低于Q235钢基材的0.6,且熔覆层磨损量显著低于Q235钢基材。由此可知,激光熔覆VC-Cr₇C₃复合熔覆层可用于碳钢的表面高硬、耐磨改性。     

Fe基耐磨堆焊用药芯焊丝的发展研究现状

本文介绍了国内外药芯焊丝的发展情况和Fe基堆焊药芯焊丝的优点以及生产工艺研究现状：并从三个方面分别阐述了堆焊药芯焊丝的耐磨性实现途径、焊道保护途径以及强化机理;综述了目前对于Fe基耐磨堆焊用药芯焊丝成分的研究现状（Cr、C、V、Ti、Nb以及外加硬质颗粒等对于堆焊层耐磨性的影响）;最后展望了耐磨堆焊用药芯焊丝的发展方向及前景。     

高锰钢表面高速激光熔覆Ni60涂层组织与性能

采用高速激光熔覆系统在破碎机锤头中常用的材料高锰钢表面制备了Ni60耐磨熔覆层。通过正交试验极差分析优化得到最佳工艺参数，采用渗透探伤、显微硬度计、OM,XRD,BSE和摩擦磨损试验对熔覆层宏观形貌、硬度、微观形貌、物相、摩擦系数和磨损量进行观察与测试。结果表明，当激光功率为1 200 W、扫描速度为4 mm/s、送粉速度为7.5 g/min时，熔覆层表面成形质量良好，表面硬度可达811.41 HV，约为基材的2.8倍，摩擦系数较基材下降37.7%，耐磨性提高1.6倍。熔覆层主要由γ-Ni树枝晶组成，其中弥散分布的硬质相CrB,Cr₇C₃和Cr₂₃C₆可显著提高熔覆层的耐磨性。     

自保护药芯焊丝明弧堆焊Fe-Cr-C-B-W合金的组织及性能

采用自保护药芯焊丝明弧堆焊技术制备五组不同钨含量的Fe-Cr-C-B-W合金. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机分析堆焊合金的组织及性能. 结果表明,合金的显微组织由马氏体、残余奥氏体、M₇(C,B)₃,M₃(C,B),Fe₃W₃C和WC组成. 大部分钨元素被迁移到晶界生成了比WC稳定性更好的Fe₃W₃C缺碳复合相,堆焊层中没有典型的初生WC硬质相颗粒生成. 随着钨添加量的增多,共晶硬质相M₇(C,B)₃,M₃(C,B)和Fe₃W₃C随之增多,间距减小,呈连续网状均匀分布. 当钨的添加量为12%时,堆焊层的耐磨性达到最佳.     

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。     

CO2气体保护药芯焊丝喷粉堆焊层组织及其耐磨性

采用CO2气体保护焊方法,使用高铬铸铁药芯焊丝,喷射优化设计的Cr-Ti-Mn-B系粉体形成耐磨堆焊层。利用XRD及金相显微镜分析堆焊层组织结构,并测定堆焊层的硬度和磨损性能。结果表明:与单纯高铬铸铁芯堆焊层相比,喷射粉体后堆焊层的洛氏硬度HRC增加,当Mn铁、Cr铁、B铁、Ti铁质量分数比为4.3∶52.2∶3.9∶39.6时,堆焊层硬度和耐磨性最高。喷射粉体堆焊层以马氏体为主,并有(Cr,Fe)7C3,FeMn2等相产生,从而提高堆焊层硬度和耐磨性。     

原位合成TiC和M7C3陶瓷硬质相的生长习性

采用等离子弧堆焊设备在低碳钢表面堆焊一层Fe—Cr-Ti—C系陶瓷复合堆焊合金,原位合成TiC和M7C3陶瓷硬质相,分析熔池中TiC和M7C3陶瓷硬质相的形成机制．利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）等设备进行检测分析．结果表明,堆焊层中原位合成了“十字开花状”、“短杆状”、“颗粒状”的TiC陶瓷硬质相和不规则“六角杆状”的M7C3陶瓷硬质相;部分TiC和M7C3陶瓷硬质相紧密结合,提高了TiC陶瓷硬质相与基体组织的结合强度;M7C3可以附着在TiC颗粒上生长,TiC硬质相的形成提高了M7C3的形核率．     

Microstructure and properties of Fe–Cr–C hardfacing alloys reinforced with TiC–TiB2

Abstract

Different amounts of TiB₂ powder were added to flux cores of wear resistant hardfacing flux cored wires for the preparation of new flux cored wires. Fe–Cr–C hardfacing alloys reinforced with TiB₂ were produced by arc hardfacing. The microstructure, hardness and wear resistance behaviour of the hardfacing alloys were investigated using an optical micrograph, scanning electron micrograph (SEM), X-ray diffractometer, macrohardness tester, microhardness tester and abrasive wear tester. The results showed that, among the hardfacing alloys, a new hard phase, i.e. TiC–TiB₂ composite compound particles, was formed and dispersed in the primary carbides and matrix structures. The TiC–TiB₂ reinforced Fe–Cr–C hardfacing alloys imparted greater hardness and better wear resistance. The presence of TiC–TiB₂ hard phase particles is the main reason for the improvement in hardness and wear resistance of Fe–Cr–C hardfacing alloys.     

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.     

磁场作用下Cr7C3硬质相生长机制

将纵向磁场引入到Fe5铁基合金粉末的等离子弧堆焊过程中,通过磁场的作用影响堆焊层中硬质相的形态及分布.利用金相显微镜和X射线衍射研究堆焊层中硬质相Cr₇C₃的显微组织和取向行为.结果表明,具有顺磁性的硬质相Cr₇C₃在外加磁场的作用下进行形核及长大的过程中有明显的取向现象,在磁场电流为3 A时,堆焊层中硬质相的分布形态最佳,以细小的"六边形"为主,可以显著提高堆焊层的影响和耐磨性;硬质相的取向机理主要是高温的旋转取向和低温的择优取向.     

M7C3的形态分布对铁基复合层耐磨性能的影响

研究了在电磁搅拌的作用下,硬质相M7C3(主要是(Fe, Cr)7C3和Cr7C3)的数量和形态分布对堆焊层金属耐磨性的影响规律.对堆焊试件进行耐磨、硬度试验,并采用SEM,XRD对堆焊进行显微组织和成分分析.发现随着磁场参数的改变,硬质相M7C3由杂乱无章的分布逐渐转变为较规则的六方块状分布,堆焊层金属的耐磨性也随之增强;当磁场电流为3A,磁场频率为10Hz时,堆焊层金属的性能达到最佳状态,此时堆焊层中硬质相(M7C3)均成较规则的六方块状分布.结果表明,在适当的磁场参数作用下,硬质相(M7C3)成较规则的六方块状分布可以显著的提高堆焊层金属的耐磨性.     

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.     

铬含量对Fe-Cr-B堆焊合金显微组织及耐磨性的影响

目的在Fe-x Cr-3.5B-0.1C药芯焊丝中加入不同含量的铬,了解铬含量对堆焊合金硼化物形貌以及耐磨性能的影响。方法采用CO_2气体保护堆焊的方法在Q235钢基板上制备Fe-Cr-B系耐磨合金,利用光学显微镜、XRD、SEM等方法观察堆焊合金层的显微组织结构,以及湿砂橡胶轮磨粒磨损试验机对堆焊层进行磨粒磨损试验。结果堆焊合金层主要由铁素体枝晶、马氏体、珠光体和硼化物组成,硼化物随着Cr含量的增加发生Fe_2B到M_2B(M=Fe,Cr)的转变,它主要分布在金属基体的连续网状和鱼骨状结构中。凝固过程中,当Cr质量分数大于9%时,首先形成初生M_2B颗粒,随后形成共晶的M_2B和BCC结构的Fe基固溶体,这种共晶的微观结构主要由基体和长条状的M_2B硼化物组成。从Cr与(Fe,Cr)的原子数分数比值可以看出,硼化物发生从Fe_2B→(Fe,Cr)_2B→(Cr,Fe)_2B的转变。铬含量对Fe-Cr-B系耐磨堆焊合金的组织、硼化物形貌有较大影响。由于硼化物空间结构的变化,硼化物的显微硬度会随着铬原子进入Fe_2B而逐渐提高。结论随Cr含量的增加,及共晶硼化物硬质相的析出,堆焊合金的硬度和耐磨性呈现持续提高的趋势。当Cr含量为20%时,合金中生成的长条状M_2B相作为耐磨骨架无序的分布且镶嵌于基体中,合金耐磨料的磨损性能比Cr含量为9%时的提高了约7.4倍。