Thermal behavior of B_4 Cparticles under plasma arc powder surfacing condition

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固溶时效对等离子堆焊WCp/18Ni300钢复合涂层组织与性能的影响

采用等离子堆焊技术在Cr5钢表面制备WC增强18Ni300钢复合涂层. 研究添加质量分数为25%和35%的球形WC对堆焊层组织与性能的影响,分析固溶(900 ℃ × 1 h)和时效(490 ℃ × 5 h)处理前后堆焊层的显微组织/相变过程/显微硬度和摩擦磨损性能. 结果表明,在马氏体时效钢粉末中添加WC颗粒影响堆焊层组织和马氏体相变. WC/MS300复合堆焊涂层的显微组织主要以奥氏体为主. 经固溶时效热处理后,基体试样硬度和摩擦磨损性能下降,而WC/MS300试样中γ-F转变为α-Fe,硬度和耐磨性显著改善,添加35%WC试样耐磨性能最佳. 由WC的微观结构演变表明,固溶时效后WC颗粒周围形成厚的扩散层,显著改善了界面结合.     

The powder's thermal behavior on the surface of the melting pool during PTA powder surfacing

The thermal behavior of ceramic powders on the surface of a melting pool during the plasma transferred-arc powder surfacing are theoretically analyzed. The results reveal that for a ceramic powder particle, its experienced heat power from melting pool is much greater than that from arc space during the powder PTA surfacing. It means the heating by the melting pool has taken a much more important part in the particle's thermal behavior than the heating by plasma arc column for a ceramic particle. However, different from the heating by the plasma arc column, the particle's heated power on the 100 A melting pool surface is greater than that on the 200 A melting pool surface.     

Comparisons of particles thermal behavior between Fe-base alloy and boron carbide during plasma transferred-arc powder surfacing

0　IntroductionThepowder’sthermalbehaviorwhileittransferthroughplasmatransferred arc (PTA)spacemaybeoneofthemostinterestingquestionstothesurfacingpow der’smanufacturersandsurfacingengineersinthefieldofplasmatransferred arcparticlesurfacing .Theparti cle’sthermalbehaviorinPTAspacewillgreatlyaffectthedepositedlayers’structureandproperties,especialinthecaseofpowdermixture (metal ceramic)surfacingcondition[1] .Generally ,thepowderisusuallycoaxialfedintothemeltingpoolbyaspecial designedpartic…     

热处理对 D256 自制堆焊焊条堆焊层组织与性能的影响

为修复高锰钢零件在中低载荷作用下的磨损失效,在D256焊条药皮中加入一定量的钛铁、钒铁、碳化硼和稀土元素,采用手工电弧的方法,通过焊接冶金反应自发生成硬质增强颗粒,并且通过后续热处理改变硬质相在高锰钢堆焊层中的分布,以提高堆焊层耐磨性。分析了堆焊层的显微组织和力学性能。结果表明:与D256焊条堆焊层相比,添加12%Ti-Fe+12%V-Fe+6%B4C的堆焊层组织晶粒明显细化,且有一些细小的颗粒第二相生成,其硬度达到了53HRC;经过固溶时效处理后,堆焊层的组织更为细小,碳化物分布更为均匀,虽然硬度值下降到49HRC,但耐磨性有所提高。     

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     

Fe-Al金属间化合物对钢表面增强工艺参数的影响

进行了Q235钢表面的预制粉末覆层的等离子熔覆,研究了等离子熔覆工艺对熔覆层表面成形的影响,在此基础上得到了合适的熔覆工艺参数.进行了熔覆层组织的金相分析及熔覆层显微硬度测量与分析.结果表明,熔覆电流、焊枪摆动频率、熔覆速度的改变均能引起热输入的明显变化,影响熔覆层组织形态,基体熔化程度,以及界面的结合状态,进而影响熔覆层的耐磨性及耐腐蚀性.试验条件下的最佳熔覆工艺参数为熔覆电流130 A,熔覆速度5 cm/m in,焊枪摆动幅度4 mm,摆动频率0.4 Hz.     

横向交流磁场频率对堆焊金属组织及性能的影响

在镍基堆焊合金等离子弧堆焊过程中引入横向交流脉冲磁场,研究了横向交流脉冲磁场频率对等离子弧堆焊层金属组织及性能的影响,并利用光学金相、x射线衍射、显微硬度和湿砂橡胶轮磨损试验等方法,系统分析了不同脉冲磁场频率作用下堆焊试样的硬度、耐磨性及组织.结果表明,外加横向交流脉冲磁场可以有效改善堆焊层金属的结晶形态,细化晶粒,在适当的脉冲磁场频率作用下,可以获得最佳的电磁搅拌效果,增加堆焊层金属中硬质相的数量,控制硬质相的生长方向,提高等离子弧堆焊层的硬度和耐磨性.

Abstract：

The nickel-base alloy was deposited on the low carbon steel by plasma arc surfacing with transverse magnetic field. The influence of transverse alternative pulsed magnetic field frequency on microstrueture and properties of plasma arc surfacing layer was researched. The hardness, wear resistance and micmstructure of surfacing layer at different pulsed magnetic field currents were systematically analyzed by optical electronic microscope, wear test and microscopic hardness test. The results indicated that the transverse alternative pulsed magnetic field can effectively improve the crystal shape in plasma arc surfacing layer and refine crystal grain. With the proper pulsed magnetic field frequency, the optimum effete of electromagnetic stirring can be obtained, the amount of hardening phase in overlay deposit is increased, the growth direction of hardening phase can be controlled and the hardness and wear resistance of the surfacing overlay are improved.     

激光熔覆对Cu抗烧蚀性能的影响

应用激光熔覆法使Ti粉和B4C粉在铜基体表面发生原位反应形成了熔覆层,通过XRD分析确定了熔覆层相组成为TiB2/Cu。熔覆层试样和纯Cu的抗电弧烧蚀实验在自制设备上进行,并采用SEM观察了电弧烧蚀表面的形貌。研究结果表明,随着电弧烧蚀次数的增加,熔覆层试样表面电弧烧蚀和氧化现象并不明显,烧蚀孔洞少且小,没有液态金属喷溅现象;而纯铜试样表面变得较为粗糙,电弧作用的中心处烧蚀氧化严重,有大量的烧蚀坑存在,并且出现液态金属飞溅现象。因此,相对纯铜,TiB2/Cu复合涂层电弧烧蚀显著降低,抗电弧烧蚀性能明显提高。     

硼对等离子熔覆高硼铁基合金组织和性能的影响

采用等离子弧熔覆技术在20g钢表面堆焊Fe-Cr-B-C系的铁基复合材料,利用X射线衍射（XRD）,光学显微镜（OM）,扫描电镜（SEM）,洛氏硬度计及湿砂磨损试验机等试验设备进行检测、试验,研究不同硼加入量对熔覆层显微组织与性能的影响规律.结果表明,熔覆层显微组织由过饱和α-Fe枝晶固溶体、枝晶间硼化物共晶组织以及碳化物等组成;熔覆层中硬质相主要有Cr2B,CrB2,Fe2B,Cr7C3,B4C等;随着硼含量的增加,硼化物明显增多,当硼添加量为5%时熔覆层的硬度及耐磨性达到最佳,其硬度值为66.1 HRC,磨损量仅为0.383 g;继续增加硼的添加量,熔覆层的耐磨性能降低.     

WxC增强镍基合金等离子堆焊层组织与空蚀性能

采用等离子堆焊技术在316L不锈钢表面原位合成W_xC增强镍基复合材料涂层,对涂层显微组织、相组成、硬质增强相的分布、显微硬度以及空蚀性能进行了分析.结果表明,Colmonoy 88合金等离子堆焊成形性良好,组织致密;堆焊层组织主要由γ-Ni固溶体,原位合成多角形、颗粒状W_xC及少量的Cr₇C₃,Fe₃W₃C,CrB₂相组成.堆焊过程中,熔池温度低于1 655 K时,原位生成WC和W₂C,温度高于1 655 K时,原位生成的WC发生了分解.镍基合金堆焊层平均硬度可达1 619 HV,为基材的8倍以上,在3.5% NaCl溶液中镍基复合材料抗空蚀性能为316L不锈钢基材的5倍.     

The performances of TiB2-contained iron-based coatings at high temperature

The TiB₂-contained composite Fe-B-C coatings are deposited by the plasma transferred-arc (PTA) powder surfacing process. The coating's thermal ability, arc ablation resistance and wear resistance at high temperature were analyzed. It is concluded that TiB₂-contained composite Fe-B-C coating having excellent wear resistance at 600 °C and tempering resistance at 900 °C. Furthermore, this coating can effectively resist the arc ablation (120 A arc currents) within 7 s.     

磁场作用下镍基等离子弧堆焊层的组织及耐磨性能

采用等离子弧堆焊设备将镍基合金粉末堆焊到低碳钢表面的过程中施加直流横向磁场,此后对堆焊层进行硬度、磨损和金相试验以及EDS,XRD分析,并系统地研究直流横向磁场对镍基粉末等离子弧堆焊层组织及耐磨性能、硬质相形态及数量的影响规律,对直流横向磁场的作用机理进行了初步的分析和讨论.结果表明,堆焊电流和磁场电流相匹配,即堆焊电流为140 A和磁场电流为2 A时,堆焊层才能获得最佳的性能,此时堆焊层的硬度为66.3 HRC,磨损量为0.0767 g,并且堆焊层组织中硬质相数量最多且分布均匀,从而增强了堆焊层金属的综合力学性能.     

间歇交变磁场频率对堆焊金属组织及性能的影响

为了研究间歇交变磁场频率对堆焊层金属组织及性能影响,对低碳钢表面进行等离子弧堆焊时外加间歇交变纵向磁场,并利用光学金相、X射线衍射、显微硬度和湿砂橡胶轮磨损试验等方法系统分析了不同磁场频率对等离子弧堆焊试件的影响.结果表明:适当的交变磁场频率能有效地增加堆焊金属中硬质相的数量,控制硬质相的生长方向,提高堆焊层金属的硬度和耐磨性,从而进一步获得最佳的电磁搅拌效果.     

等离子弧堆焊WC增强型高铬铸铁的组织和性能

采用等离子弧粉末堆焊技术在Q235钢表面分别堆焊高铬铸铁和WC增强型高铬铸铁,通过对各堆焊层的显微组织、化学成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行对比分析,揭示WC颗粒对高铬铸铁堆焊层的影响。结果表明,高铬铸铁堆焊层显微组织由初生(Fe,Cr)7C3和共晶组织组成,WC增强型高铬铸铁堆焊层由初生碳化物、WC颗粒和共晶组织组成。与高铬铸铁相比,WC增强型高铬铸铁由于WC的加入,初生碳化物面积分数非常高,共晶组织数量相应减少;WC增强型高铬铸铁的硬度,耐电解腐蚀性和耐热腐蚀性均优于高铬铸铁。两种堆焊层熔合线处的硬度陡降,结合线扫描结果说明,WC的加入不影响WC增强型高铬铸铁堆焊层与基体界面处的冶金结合和堆焊质量。     

横向交流脉冲磁场对堆焊金属组织及性能的影响

通过在低碳钢表面进行等离子弧堆焊时外加交流脉冲横向磁场,研究了交流脉冲磁场对镍基自熔合金组织及性能的影响,并利用光学金相、X射线衍射、显微硬度和湿砂橡胶轮磨损试验等方法,系统分析了不同脉冲磁场电流、占空比作用下的堆焊试样的硬度、耐磨性及组织.结果表明,外加横向交流脉冲磁场可以有效改善堆焊层金属的结晶形态,细化晶粒,在适当的脉冲磁场电流、占空比作用下,可以获得最佳的电磁搅拌效果,增加堆焊层金属中硬质相的数量,控制硬质相的生长方向,提高等离子弧堆焊层的硬度和耐磨性.     

SiC颗粒增强铁基合金复合涂层的组织

采用等离子堆焊—SiC后送粉技术制备了SiC颗粒增强铁基合金复合涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和能谱仪（EDS）对涂层的显微组织、相组成和元素分布进行了观察和测试。试验结果表明：SiC分布于马氏体基体上,原始形态保持完好,没有发生明显溶解,复合效果较好。SiC与基体界面层由预覆层、近基体区和絮状区构成。SiC边缘为CrSi2、CrSi3;近基体区耐腐蚀性相对基体较强,组织难以显示;絮状区由大量（Fe,Cr）7 C3、（Fe,Cr）23 C6碳化物和α-（Fe,Cr）固溶体组成。     

纳米CeO2对铁基合金喷焊层组织和耐磨性的影响

采用等离子弧喷焊技术在Q235钢表面喷焊含纳米CeO2的铁基自熔性粉末。对喷焊层进行了显微组织、硬度和耐磨损性能的测试。结果表明,添加和未添加纳米CeO2的铁基合金喷焊层的主要组成相均为γ-（Fe,Ni）和（Cr,Fe）7C3,添加5.0%纳米CeO2的喷焊层中出现了（Cr,Fe）3C2相。此外,加入适量纳米CeO2可细化喷焊层的显微组织,提高喷焊层的硬度和耐磨性,磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。     

间歇交变磁场占空比对堆焊层组织性能的影响

研究了纵向间歇交变磁场占空比对等离子弧堆焊金属组织及性能的影响.测试分析了不同磁场占空比下堆焊层的硬度、耐磨性及其显微组织.结果表明,适当的磁场占空比能有效地增加堆焊金属中硬质相的数量,控制硬质相的生长方向,提高堆焊层金属的硬度和耐磨性.     

等离子弧粉末堆焊条件下粉末颗粒的热行为Ⅱ粉末颗粒与等离子弧之间的传热过程研究

运用传热学理论对等离子弧粉末堆焊时Fe基粉末颗粒和B4 C颗粒在等离子弧柱中的热行为进行了计算分析 ,结果发现堆焊时等离子弧电流对粉末颗粒在弧柱中被加热程度的影响要远大于对其输运速度的影响 ;对于Fe基粉末颗粒来说 ,当I =2 0 0A时 ,流经弧柱中心区内的粒径≤ 5 0 μm的颗粒将在弧柱中被完全气化 ;对于粒径为5 0～ 15 0 μm的Fe基颗粒 ,在弧柱中将被加热到完全熔化 ,而粒径 >2 0 0 μm时 ,颗粒尚不能熔化。在I=10 0A的小电流情况下 ,只有粒径 <5 0 μm的Fe基颗粒在弧柱中能被完全熔化 ;而直径大于该值的颗粒则不能被完全熔化 ;只有在弧中心处 ,少量颗粒可能被加热到熔化温度。而对B4 C颗粒来说 ,其热行为与Fe基粉末颗粒则有较大差别 ,从平均水平看 ,在等离子弧柱中心区域 ,即使在 2 0 0A的等离子弧中 ,也只有粒径≤ 5 0 μm的颗粒才能在弧柱中完全被熔化 ,其它稍大粒径的颗粒在弧柱中的温升都达不到熔化温度 ,只能被预热。