含钛铁基耐磨复合材料的研制

为了研制一种铁基耐磨复合材料,采用等离子熔覆技术,通过调节铬含量制备多组Fe-Cr-Ti-C合金系统.借助SEM和XRD等分析手段对熔覆层组织和碳化物形貌进行分析.结果表明,熔覆层中随着铬含量的提高,基体组织由A+F向F及M转变;碳化物M7C3及TiC等硬质相的数量逐渐增多.此外研究了铬含量对熔覆层耐磨粒磨损性能的影响规律,熔覆层的耐磨性随着铬含量的增加而提高,当铬含量达到20.1%时,大量高硬度六边形M7C3复合物结合一定量的呈开花状、球状或团聚状TiC颗粒均匀弥散分布在具有较高强韧性的板条马氏体基体中,使得熔覆层具有最佳的耐磨性.     

H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性北大核心CSCD

为提高H13模具钢的耐磨性能,利用激光熔覆技术,在H13钢表面制备了不同Ti C含量的Ti C/Ni基合金复合涂层,通过显微组织观察、硬度测试、滑动摩擦磨损试验方法对H13钢表面激光熔覆的不同复合涂层的组织及耐磨性能进行分析测试。结果表明,Ni60+Ti C激光熔覆涂层中物相主要为γ-(Fe,Ni)、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及Ti C,激光熔覆层具有较高显微硬度,Ti C的加入及含量增加可使熔覆层组织细化,复合熔覆层硬度提高,Ti C含量为30%时熔覆层内平均硬度最大,为873 HV0.2;激光熔覆Ti C+Ni60复合涂层的耐磨性显著高于H13钢基体,随Ti C含量增加而先增加后降低,Ti C含量20%耐磨性较佳;H13钢基体的磨损机制主要以犁削、切削为主,激光熔覆Ti C/Ni合金复合涂层以脆性剥落机制为主。     

H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性

为提高H13模具钢的耐磨性能,利用激光熔覆技术,在H13钢表面制备了不同Ti C含量的Ti C/Ni基合金复合涂层,通过显微组织观察、硬度测试、滑动摩擦磨损试验方法对H13钢表面激光熔覆的不同复合涂层的组织及耐磨性能进行分析测试。结果表明,Ni60+Ti C激光熔覆涂层中物相主要为γ-(Fe,Ni)、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及Ti C,激光熔覆层具有较高显微硬度,Ti C的加入及含量增加可使熔覆层组织细化,复合熔覆层硬度提高,Ti C含量为30%时熔覆层内平均硬度最大,为873 HV0.2;激光熔覆Ti C+Ni60复合涂层的耐磨性显著高于H13钢基体,随Ti C含量增加而先增加后降低,Ti C含量20%耐磨性较佳;H13钢基体的磨损机制主要以犁削、切削为主,激光熔覆Ti C/Ni合金复合涂层以脆性剥落机制为主。     

高温处理对铁基合金等离子熔覆层组织的影响

试验研究了铁基合金粉末等离子熔覆层经400～850℃高温处理后的组织变化.用扫描电子显微镜(SEM)观察熔覆层的微观组织和测定微区成分,用X射线衍射仪(XRD)分析熔覆层的物相.结果表明,合金熔覆层经750℃处理后仍能保持原硬度,高于750℃,硬度降低.熔覆层的基体组织是γ(Fe、Cr、Ni)固溶体和(Cr、Fe)7C3化合物.当加热到850 ℃时,基体析出颗粒状的化合物,且组织中碳化物的类型由(Cr、Fe)7C3转变为(Cr、Fe)23C6.     

激光熔覆原位合成TiC-VC复合增强镍基涂层的研究

利用钛铁粉(FeTi70)、钒铁粉(FeV50)和石墨粉,采用5kW横流CO_2激光器在KmTBCr15Mo高铬铸铁表面原位合成制备TiC-VC复合颗粒增强的镍基熔覆层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机,研究了涂层的微观组织、相组成、硬度和磨损性能。结果表明:在激光作用下,通过钛铁粉、钒铁粉及石墨粉之间的反应,可得到TiC-VC颗粒。制备的熔覆层主要由(Fe,Ni)固溶体、TiC-VC复合碳化物组成。熔覆层与高铬铸铁基体形成良好的冶金结合。当粉末配比Ti∶V∶C(摩尔比)为0.4∶0.6∶1.2,激光功率为2.4kW,激光扫描速度为250mm/min为最佳组合,此时涂层硬度为824.5HV,相对耐磨性为2.32。     

TiC对激光熔覆TiC-Ti-Al涂层结构与性能的影响

为了研究Ti C对激光熔覆涂层结构与性能的影响,运用激光熔覆技术在Ti Al合金表面制备Ti-Al-Ti C涂层,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、XRD、显微硬度计、摩擦磨损试验机对所制备涂层的显微组织、物相及成分、显微硬度和摩擦磨损性能等进行了测试。结果表明:在含有20%微米级Ti C的激光熔覆层(A涂层)内,增强相Ti C生长较为发达,整体呈树枝状形态,枝晶生长方向较为杂乱,熔覆质量较差;而在含有10%纳米级Ti C的激光熔覆层(B涂层)内,增强相Ti C的形貌为颗粒状和长条状,在熔覆层内分布较均匀,生长方向较规律;在含有20%纳米级Ti C的激光熔覆层(C涂层)内,增强相Ti C的形貌主要为颗粒状和细杆状,熔覆层内组织生长发达,致密,熔覆质量较好。添加纳米级Ti C的涂层在显微硬度和耐磨性上优于添加微米级Ti C的涂层,涂层中纳米Ti C含量由10%上升到20%时,涂层显微硬度和耐磨性均有明显提高。     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni-AlN复合涂层的组织与摩擦磨损性能

以Ti、Ni、Al N粉末混合物为原料,采用激光熔覆技术在TC4表面制备出以金属间化合物Ti_2Ni、Ti Ni、Ti_3Al为熔覆层基体,以Ti N为强化相的复合涂层,并对涂层的组织、硬度及摩擦磨损性能进行研究。结果表明,Ti、Ni成分配比对熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性均影响较大。当Ti含量较多时,Ti_2Ni以枝晶状大量存在;当Ni含量较多时,Ti Ni大量存在作为熔覆层基体,而Ti_2Ni以片状存在;当Ti、Ni、Al N的质量百分比为56∶34∶10时熔覆层的综合性能最优,熔覆层表层的硬度值为1000 HV,约为基体的3倍,摩擦系数为基体的1/2,耐磨性约为基体的22.3倍;复合涂层高硬度和高耐磨性的原因在于陶瓷强化相Ti N、高硬度的金属间化合物Ti_2Ni及高耐磨性的金属间化合物Ti Ni、Ti_3Al的存在。     

Ti含量对Fe-Ni-Ti激光熔覆层摩擦性能的影响

目的 研究Ti含量对因瓦合金基熔覆层原位增强的影响。方法 运用半导体激光器制备了Fe-Ni-Ti激光熔覆层,研究了Ti含量对熔覆层的影响。利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪对熔覆层显微组织进行了表征,运用硬度计和摩擦磨损实验机对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行了分析。结果 在Fe-Ni因瓦合金粉末中加入Ti元素,原位生成了TiC/Fe-Ni激光熔覆层,原位TiC对熔覆层基体晶粒具有明显的细化作用。随着Ti含量的增加,复合涂层的晶粒尺寸减小,然后保持稳定。当Ti含量较低时,熔覆层主要由γ-[Fe,Ni]奥氏体组成;当Ti含量达到8%时,熔覆层基体相结构变成了α相,因瓦效应消失,产生了微裂纹和孔洞缺陷。Ti元素最佳添加量为6%,此条件下熔覆层没有裂纹,显微硬度最高,熔覆层耐磨性最好。结论 因瓦合金涂层中添加钛可以形成良好的原位强化,钛的添加量具有最佳值,过量添加钛将消除Fe-Ni合金激光熔覆层特有的因瓦效应,熔覆层磨损机制主要为粘着磨损,兼具磨粒磨损。     

铌含量对Fe-C-Cr-Nb系表面熔覆金属组织及耐磨性的影响

目的 提高钢表面熔覆层的硬度、耐磨性及其综合性能。方法 运用气体保护焊堆焊不同Nb含量的Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料,采用JmatPro软件模拟计算不同铌含量的熔覆层CCT曲线和平衡冷区曲线,分析铌含量对熔覆组织转变和析出相的影响。运用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察晶粒尺寸和熔覆组织形貌,并对析出相进行分析。利用洛氏硬度计和滑动摩擦磨损试验机,分别对熔覆金属进行宏观硬度和耐磨性的测定。结果 不同铌含量熔覆组织均由马氏体和少量贝氏体组成,基体有大量的MC型碳化物析出。当Nb含量为1.5%时,碳化物弥散分布在熔覆组织中,强化效果最佳,此时硬度最高,为55.3HRC。此外,MC型碳化物有明显的细化晶粒作用,显著提高了熔覆组织的韧性。硬质相与韧性基体的配合,使熔覆组织的耐磨性在铌含量为1.5%时达到最佳。结论 通过调整Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料中铌的含量,可以有效地控制熔覆金属组织类型及碳化物组成和分布,从而提高熔覆层的综合性能。     

42CrMo钢表面激光熔覆颗粒增强Co基涂层的组织与性能

为改进矿用截齿的耐磨性能,使用激光熔覆技术在截齿用42CrMo钢基体表面制备Co基复合涂层,并分析涂层的微观组织、硬度和耐磨性。结果表明,熔覆层形貌良好且与基体呈冶金结合。在激光作用下,WC颗粒发生溶解并与多种元素发生反应,熔覆层主要由γ-(Co, Fe)和碳化物组成。熔覆层组织呈梯度变化,过渡区组织为平面晶、枝状晶和柱状晶,熔覆区组织则为等轴枝晶和均匀分布的富W、Ti的碳化物颗粒。熔覆层平均显微硬度为995 HV,远高于基体(328 HV),同时热影响区的硬度也大幅提高。在相同的磨损条件下,熔覆层摩擦因数较低,体积磨损量仅为基体的13.5%。在摩擦过程中,弥散分布的细小碳化物颗粒逐渐凸起并起到承担载荷和抵抗磨损的作用,使熔覆层具有良好的耐磨性,磨损机制为轻微磨粒磨损。激光熔覆技术制备的颗粒增强Co基涂层,组织致密,性能良好,能显著地提高42CrMo钢的表面硬度和耐磨性。     

多元陶瓷复合相显微组织对耐磨性能的影响

采用等离子熔覆技术制备了四种不同铬含量的Fe-Cr-B-C堆焊合金.借助OM,SEM和XRD等分析手段对合金组织和陶瓷相形貌进行分析.结果表明,熔覆层的微观组织由初生奥氏体＋共晶组织组成,合金陶瓷相由BC4＋Cr2B＋M7C3＋M23C6＋M23（C,B）6组成,硼化物呈层片状、菊花状等形态分布,陶瓷相数量随Cr元素含量的增大而增多.研究了Cr元素含量对熔覆层耐磨粒磨损性能的影响规律,熔覆层的耐磨性随着Cr元素含量的增加而提高,当Cr元素含量达到15.9%时,大量硼化物等陶瓷相弥散分布在基体中,构成良好的耐磨骨架;初生奥氏体组织均匀分布提高硬质相与基体界面的结合强度,因此其熔覆层具有最佳的耐磨性.     

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。     

TiB2强化高硬度高耐磨堆焊自保护药芯焊丝堆焊层性能分析

通过在Fe-Cr-C系药芯焊丝中加入不同含量TiB2粉末,制备TiB2强化高硬度高耐磨堆焊自保护药芯焊丝.借助光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段,试验研究了其堆焊合金显微组织,并考察TiB2含量对该堆焊合金性能的影响.结果表明,堆焊合金组织为初生碳化物、马氏体和残余奥氏体,同时堆焊合金中生成了大量TiC-TiB2颗粒,并且弥散分布在初生碳化物和基体上;TiB2强化耐磨堆焊药芯焊丝的堆焊合金比不加TiB2具有更高的硬度和更好的耐磨性.     

Microstructure and abrasive wear properties of Fe-Cr-C hardfacing alloy cladding manufactured by Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)

A series of Fe-Cr-C hardfacing alloys is deposited by gas tungsten arc welding and subjected to abrasive wear testing. Pure Fe with various amounts of CrC (Cr:C=4:1) powders are mixed as the fillers and used to deposit hardfacing alloys on low carbon steel. Depending on the various CrC additions to the alloy fillers, the claddings mainly contain hypoeutectic, near eutectic, or hypereutectic microstructures of austenite γ-Fe phase and (Cr,Fe)₇C₃ carbides on hardfacing alloys, respectively. When 30% CrC is added to the filler, the finest microstructure is achieved, which corresponds to the γ-Fe+(Cr,Fe)₇C₃ eutectic structure. With the addition of 35% and 40% CrC to the fillers, the results show that the cladding consists of the massive primary (Cr,Fe)₇C₃ as the reinforcing phase and interdendritic γ-Fe+(Cr,Fe)₇C₃ eutectics as the matrix. The (Cr,Fe)₇C₃ carbide-reinforced claddings have high hardness and excellent wear resistance under abrasive wear test conditions. Concerning the abrasive wear feature observable on the worn surface, the formation and fraction of massive primary (Cr,Fe)₇C₃ carbides predominates the wear resistance of hardfacing alloys. Abrasive particles result in continuous plastic grooves when the cladding has primary γ-Fe phase in a hypoeutectic structure.     

B4C对高碳铬铁自保护药芯焊丝力学性能的影响

通过改变高碳铬铁中熔覆金属B4C的含量,分别考察了B4C对堆焊熔敷金属金相组织、硬度和不同载荷下耐磨性的影响,并对堆焊熔敷金属磨损形貌进行了分析.结果表明,随B4C含量的增加,初生碳化物的生长方向性越来越明显,成定向生长趋势,并且熔敷金属的宏观硬度逐渐增大,但B元素含量超过0.5%时,硬度变化趋缓;不同载荷磨损条件下,B4C强化的熔敷金属表现出耐磨性不同,堆焊熔敷金属耐磨面碳化物断裂或剥落少时,表现出良好的耐磨性,当碳化物大量断裂或剥落时,耐磨性变差.     

TiC-VC免预热耐磨堆焊焊条

采用H0 8A焊芯 ,钛铁、钒铁、人造金红石和石墨等药皮组分 ,研制了新型耐磨、免预热堆焊焊条。通过扫描电镜 (SEM)、能谱分析 (EDAX)、磨粒磨损试验、焊条工艺性能试验以及硬度测试 ,系统地研究了焊条药皮组分对堆焊层耐磨性、抗裂性、工艺性能及堆焊层组织结构的影响。试验结果表明 ,通过电弧高温冶金反应 ,,药皮中Fe -Ti、Fe-V与石墨反应生成TiC、VC硬质相 ,并弥散分布于低碳马氏体 残余奥氏体的基体上 ,堆焊层具有良好的耐磨性和抗裂性 ,焊前不预热 ,连续堆焊堆焊层不产生裂纹。Fe-Ti、Fe -V与石墨的加入量对堆焊层耐磨性、硬度以及工艺性能影响很大 ,随着钛铁、钒铁、石墨量增加 ,堆焊层硬度、耐磨性增加。但药皮中钛铁超过 18%后焊条工艺性能变差 ,石墨超过 12 %后 ,堆焊层耐磨性降低     

Fabrication of multiple carbide particles reinforced Fe-based surface hardfacing layer produced by gas tungsten arc welding process

In this paper, a multiple carbide particle reinforced Fe-based surface coating has been in situ synthesized by gas tungsten arc welding (GTAW) melting a precursor mixture of graphite, ferrotitanium (Fe-Ti) and ferrovanadium (Fe-V) alloy powders on AISI 1020 steel substrate. The microstructure and wear properties of the Fe-based surface hardfacing layers were investigated by means of a scanning electron microanalysis (SEM), X-ray diffractometer (XRD) and wear tester. The results showed that (Ti,V)C multiple carbide particle and TiC carbide particle can be synthesized via reaction of Fe-Ti, Fe-V and graphite during GTAW melting process. The selection area diffraction pattern (SADP) analysis indicated that (Ti,V)C crystallizes with the cubic structure, which indicates that (Ti,V)C carbides were multiple carbides with V dissolved in the TiC structure. The Fe-based surface hardfacing layer reinforced by multiple carbides gave an excellent wear resistance and appeared a mild wear with fine scratches.     

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.     

Influence of cooling rate and composition on orientation of primary carbides of Fe–Cr–C hardfacing alloys

Abstract

Four Fe–Cr–C hardfacing alloys with carbon contents of 3˙34–6˙5% were studied. The orientation of primary carbides in the microstructures of hardfacing layers produced by arc surfacing was investigated under controlled cooling conditions. Carbon content and cooling conditions were found to play an important role in determining overlayer microstructures. Increasing carbon content or decreasing Cr/C ratio increased the tendency for primary carbides to be oriented perpendicular to the surface of the overlayers, and the carbides in the microstructure became more compact. Under water cooling conditions, the primary carbides were preferentially oriented perpendicular to the surface, which would be expected to improve wear resistance. At lower cooling rates, primary carbides were oriented randomly.