稀土氧化物对中高碳钢堆焊金属中夹杂物的变质作用

采用电镜和金相等手段，对加稀土氧化物和不加稀土氧化物的堆焊金属中的夹杂物进行了研究，结果表明，稀土氧化物能细化堆焊金属中的夹杂物，减少了尺寸大的夹杂物数量，使其尺寸分布在8μm以下，同时，稀土氧化物能够改善夹杂物的形状，减少了形状系数大的长条状夹杂物数量，使形状系数接近为1的夹杂物较多。稀土氧化物还能变质堆焊金属中夹杂物的属性，可以形成铝、硅、镧的氧化物夹杂和铝、硅、镧的硫氧化物夹杂，并且减少了有害的硫化锰和铝、锰、钛复合夹杂物在堆焊金属中的存在。     

低合金高强度钢焊缝金属中针状铁素体的微观组织

利用光学显微镜,扫描电子显微镜及EBSD(electron backscattering diffraction)分析技术对800MPa级低碳微合金高强度钢的焊缝金属进行了分析.结果表明,焊缝金属组织主要为针状铁素体和贝氏体.针状铁素体以夹杂物为核心形核,该夹杂物主要是以Al2O3为核心形成的钛氧化物.针状铁素体以夹杂物为核心多维形核呈放射状生长,仅某些方向的针状铁素体晶核迅速长大,生长方向存在取向择优.EBSD分析同样表明针状铁素体晶粒存在取向择优.观察到由同一夹杂物生长,沿同一直线方向背向生长的针状铁素体取向相同,沿不同方向生长的针状铁素体取向不同,说明其沿原奥氏体惯习面生长,并非与夹杂物共格.     

稀土氧化物对碱性焊条焊缝组织与低温韧性的影响

在典型碱性结构钢焊条药粉成分基础上,以镧、铈及钇的混合氧化物作为焊条药粉添加剂,设计了六组含稀土氧化物碱性焊条,观察了焊缝显微组织和冲击断口形貌特征,测定了焊缝低温冲击韧性。结果表明,在焊条药皮中适量添加稀土氧化物可细化焊缝金属晶粒,而且有利于形成强韧性较好的针状铁素体组织;适量添加稀土可提高焊缝低温冲击韧性,当焊条药粉中的稀土氧化物添加量为2.0%时,低温冲击韧性相对最好,冲击吸收功为56.66 J,其冲击断口韧窝较密集,韧性断裂特征明显。     

稀土对钢轨耐磨堆焊层金属组织及韧性的影响

对不同稀土含量的自保护药芯焊丝堆焊层金属进行了室温冲击试验和金相组织观察;并对冲击断口形貌进行了扫描电镜(SEM)分析和夹杂物的能谱(EDS)分析,同时对夹杂物生成自由能进行了计算。结果表明,随稀土的增加,焊缝冲击韧性先增加后降低,加入4%的稀土,具有良好的晶粒尺寸和分布,冲击韧性最高;加入量超过8%时,形成的稀土硫化物、稀土氧化物残存于焊缝中形成夹杂,焊缝冲击韧性降低。热力学计算得到了几种夹杂物的生成先后顺序,从另一个角度解释了稀土的净化除杂作用。     

夹杂物对高强钢焊缝金属组织和冷裂纹影响分析

采用自行研制的高强钢药芯焊丝对Q960钢进行了钨极氩弧焊焊接,在研究焊缝金属的组织和抗拉强度,以及25、0、-20和-60℃焊缝金属冲击功的基础上,分析了夹杂物的尺寸、形状和分布对焊缝金属组织中针状铁素体组织形成的影响,以及对焊缝金属冷裂纹形成和扩展的影响。结果表明:当焊缝金属中夹杂物尺寸在0.4～1.0μm之间时有利于针状铁素体形核,形核夹杂物为核壳结构,其核心为Mn、Ti和Al的氧化物,外壳为Mn的硫化物;焊缝金属中有形核夹杂物和非形核夹杂物两种;冷裂纹从非形核夹杂物处形成并向远处扩展,裂纹扩展中遇到形核夹杂物,其周围针状铁素体可阻碍其扩展,若遇非形核夹杂物则会产生二次裂纹。     

X80管线钢气体保护焊用焊丝熔敷金属组织与性能研究

介绍了Mn-Ni-Mo-Ti-B和Mn-Ni-Mo系气体保护焊焊丝的成分设计原则.对所研制的焊丝进行了熔敷金属的气体保护焊试验,测定了熔敷金属的化学成分、冲击韧度、硬度、强度和显微组织.用扫描电镜分析了断口形貌和夹杂物组成.结果表明,通过焊丝向熔敷金属中加入微量的Ti和B,可以有效地抑制先共析铁素体的析出,使熔敷金属获得细小的针状铁素体组织.研制的X80管线钢用气体保护焊丝的熔敷金属不仅具有很高的强度(ReL≥550 MPa,Rm≥620 MPa),而且还具有优良的低温韧性(-20℃,Akv≥70 J).     

保护气体对440MPa HSLA钢GMAW焊缝组织及韧性的影响

采用不同保护气体对440 MPa级低合金高强钢(HSLA钢)进行气保焊焊接,通过光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射技术(EBSD)对焊缝微观组织及夹杂物形貌进行了观察,研究了保护气体组成对焊缝组织及韧性的影响,并分析了不同成分保护气体对焊缝夹杂物大小、数量及其成分的影响.结果表明,保护气体为100％ CO2,焊缝金属韧性较差;保护气体(体积分数)为80％ Ar+20％ CO2和90％ Ar+ 10％ CO2,焊缝金属韧性较好.100％ CO2气体保护焊焊缝组织主要为铁素体和贝氏体,混合气体保护焊(20％ CO2和10％ CO2)焊缝组织主要为针状铁素体和少量侧板条铁素体.随着保护气体中CO2含量的减少,焊缝金属中夹杂物数量、尺寸均降低,且成分发生变化.对于440 MPa级HSLA钢,合理的保护气体组成可以得到良好的焊接质量.     

电弧焊熔滴金属中夹杂物形成的冶金机制

以实验室自行制作的两种氧化物渣系烧结焊剂对电弧焊熔滴金属中夹杂物形成机制开展研究.作者通过设计出熔滴金属快速提取的试验方法,对提取出的熔滴金属用LECO氧氮分析仪进行氧含量测试、用镶嵌熔滴法分析夹杂物分布及尺寸特征、用扫描电镜配合能谱仪观察分析夹杂物微区形貌及成分.结果表明,熔滴金属内部夹杂物随焊渣碱度的增大呈细小均匀分布规律,构成夹杂物的元素与焊渣成分具有异同的成分特征,主要由Si,Mn,O元素组成.夹杂物形成机制主要通过钢-渣界面冶金化学反应及内部体扩散形成内生夹杂物.利用夹杂物诱发针状铁素体形核(可通过控制焊渣碱度大小进而有效地控制夹杂物尺寸),使其对焊缝固态相变产生积极的影响.     

焊接热输入对核级B508-Ⅲ低合金钢焊丝熔敷金属低温韧性的影响

采用自动脉冲热丝TIG焊接技术,对自主研发的B508-Ⅲ低合金钢焊材进行性能验证,选定4种热输入进行熔敷金属试验,使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电子背散射衍射技术(EBSD)等分析手段研究熔敷金属显微组织以及力学性能在不同热输入下的变化规律。结果发现,焊缝组织为均匀细小的针状铁素体和板条贝氏体,组织晶粒细小且分布均匀;随着热输入增大,大尺寸夹杂物增多,夹杂物面积比有所升高。熔敷金属强度随热输入增大呈下降趋势,塑性随之升高,低温冲击吸收能量最高为310 J,低温冲击断口微观形貌主要是韧窝+准解理。焊缝金属中AF的含量以及大角度晶界的比例随热输入的增大均呈先升高后降低的趋势,与熔敷金属低温韧性随热输入的变化规律基本吻合。     

Y2O3对粒状贝氏体堆焊金属相变和力学性能的影响

目的 研究稀土氧化物Y2O3对粒状贝氏体堆焊金属相转变以及力学性能的影响.方法 采用金相显微镜和场发射扫描电镜对堆焊金属的微观组织进行观察,采用金相显微镜观察并统计出奥氏体晶粒度,采用XRD对堆焊金属表面物相进行测定,采用显微硬度计和电子万能试验机测量不同Y2 O3质量分数堆焊金属的硬度和拉伸性能,采用透射电子显微镜对堆焊金属微观结构进行表征.结果 Y2O3能够有效细化堆焊金属的初生奥氏体晶粒,尺寸由51.2μm减小到40.1μm,大块先共析铁素体尺寸明显减小,组织分布均匀,且M/A岛弥散分布.堆焊金属中残余奥氏体相数量随着Y2O3质量分数的增加而逐渐降低,马氏体相体积分数增加.Y2O3的加入明显提升堆焊金属的力学性能,显微硬度由(272±13)HV提升至(312±8)HV;抗拉强度由(764±10)MPa提升至(885±12)MPa,且延伸率增加了4%.结论 Y2 O3的加入能够细化堆焊金属的初生奥氏体晶粒,促进形成均匀细化的粒状贝氏体组织,M/A岛的数量逐渐增加,且M/A岛中马氏体相数量增加,粒状贝氏体堆焊金属的力学性能显著提高.     

Fe-C-Cr-V高铬堆焊合金的M7C3型碳化物及耐磨性

采用药芯焊丝埋弧堆焊方法制备含有0.9%~3.0%C,15%~20%Cr,2.0%~3.0%V的高铬合金.借助光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段,研究其显微组织及碳化物分布形貌.结果表明,其显微组织由马氏体+铁素体+奥氏体+初生M7C3+(Fe,Cr)3C+TiC等相组成.通过优化药芯焊丝组份及调整堆焊速度,获得了沿堆焊表面垂直方向定向分布的初生M7C3型碳化物,电子能谱分析显示该碳化物为(Fe,Cr,V)7C3.此外,考察了碳含量对高铬堆焊合金硬度及耐磨粒磨损性能的影响.表明其耐磨性优良,其中15~25μm M7C3型初生碳化物颗粒有效阻碍磨粒的显微切削运动,显著改善了耐磨性.     

纳米 Y2 O3 对过共晶 Fe-Cr-C 堆焊合金表面微观组织与耐磨性的影响

目的研制一种新型添加纳米Y2O3的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,改善堆焊合金粗大的初生M7C3碳化物,提高堆焊合金的耐磨性。方法采用明弧堆焊的方法制作堆焊合金,用金相电子显微镜对其表面微观组织进行观察,用洛氏硬度计对其表面硬度进行测量,用砂带摩擦磨损试验机对其表面耐磨性进行评价,用扫描电子显微镜对其磨损形貌进行观察。最后,利用错配度理论对M7C3的细化机理进行分析。结果过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由初生M7C3和共晶组织(共晶M7C3、奥氏体及部分马氏体)组成。未添加Y2O3的堆焊合金初生M7C3比较粗大,其平均尺寸在22μm,硬度为55HRC,磨损量为0.85mg/mm2。经纳米Y2O3改性之后,堆焊合金的初生M7C3尺寸变小,其平均尺寸为16μm,硬度为57HRC,磨损量减少为0.59 mg/mm2,Y2O3的(001)面与正交M7C3的(100)面之间的二维错配度为8.59%。结论 Y2O3可以成为M7C3的非均质形核核心,从而细化了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的初生M7C3碳化物,提高了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金表面耐磨性。     

Study on composition-induced microstructural variation in the interface between Co-based hardfacing alloys and IN738 Ni-based superalloy

Alloy mixtures with varying composition of two Co-based hardfacing alloys and IN738 Ni-based super alloy were examined using differential scanning calorimetry. The microstructure of the resulting specimens was then analyzed using optical and scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. The microstructural evolution between each hardfacing alloy and the IN738 substrate was documented and the formation of topologically close-packed and/or additional carbide phases was noted. Microstructures that are undesirable for high temperature and stress applications were produced in specimens with a higher degree of mixing (from 25 to 75 wt.% of hardfacing alloy in IN738). The two hardfacing alloys produced markedly different microstructures in the alloy mixtures due to differences in elemental composition. A hardfacing process that minimizes the degree of deposit-substrate mixing will be beneficial to the performance of the coating.     

Development of new type of wear and crack resistant hardfacing electrode

By using H08A bare electrode and the coating fluxes of ferrotitanium, rutile, graphite, calcium carbonate and calcium fluoride, a new type of wear and crack resistant hardfacing electrode was developed. The microstructure and wear properties of deposited layer were studied by means of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffractometry(XRD) and wear test. The results indicate that TiC particles are produced by direct metallurgical reaction between ferrotitanium or rutile and graphite during welding process. TiC particles with sizes in the range of 3 - 5μm are dispersed in the matrix of lath martensite and retained austenite. The deposited layer of the new type of hardfacing electrode possesses better wear and crack resistance than that of D618 and D667 hardfacing electrodes.     

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.     

钒对Fe-Cr-C耐磨堆焊层性能的影响

在Fe-Cr-C耐磨堆焊合金中加入钒,研究钒对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金焊态和焊后热处理态性能的影响.采用埋弧堆焊方法在Q235低碳钢基体上制备了堆焊层,利用光学金相、SEM分析了堆焊合金的显微组织,并进行了硬度和磨料磨损试验.结果表明,焊后加热对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金的硬度有较大影响.经过焊后加热,基体组织的硬度降低值都大于22%,降低值最大的是不含钒的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金,达到37.7%.焊后加热对初生碳化物M7C3的硬度影响较小,其硬度降低值为1.4%～11.3%.含0.4%V可以有效的提高Fe-Cr-C耐磨堆焊合金高温热处理后的耐磨料磨损性能.以淬火态的45钢为标样,在经过900℃焊后热处理,含0.4%V的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金相对耐磨性为1.9,而同样条件下不含钒的试样相对耐磨性只有1.3,两者相比,含0.4%V的合金相对耐磨性提高了46%.     

激光重熔和时效处理的Co基合金堆焊层组织和性能

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射物相分析和显微硬度、耐磨性测定等试验手段,对激光重熔及经不同时效工艺处理后的Co基合金堆焊层显微组织、相结构、显微硬度及高温耐磨性能进行了分析研究.结果表明,经激光重熔后,Co基合金堆焊层的组织得到明显细化,硬度和耐磨性都得到提高;重熔堆焊层的组织主要由γ-Co和Cr7C3、Cr23C6等强化相组成.经时效处理后的重熔堆焊层的硬度不但明显得到提高而且耐磨性均优于原始堆焊层.相比较,经900 ℃×6 h时效处理后的重熔堆焊层耐磨性最好.     

Microstructure and wear properties of YT758/CuZnNi hardfacing materials

Hardfacing materials containing YT758 hardmetal particles cemented by Cu-based alloy was deposited on the substrate to produce milling tools by oxy-acetylene flame process. Microstructure and wear properties of the hardfacing layers were analyzed by scanning electron microscopy （SEM） and electron dispersion X-ray spectroscopy（EDXS） and wear test. The results show that inter-diffusion zone is found at the interface of YT758/CuZnNi, which promises to improve the bonding strength of YT758/CuZnNi. The wear resistance of YT758/CuZnNi hardfacing layers is higher than that of YG8/CuZnNi hardfacing layers. The working efficiency of the milling tools strengthened by YT758/CuZnNi is approximately 2 - 3 times higher than that strengthened by YG8/CuZnNi.     

原位合成(Ti,V)C增强铁基耐磨复合材料的研制

采用激光熔覆技术，通过调节钒含量制备多组Fe-Ti-V-C合金系统. 借助金相、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，熔覆层中随着钒含量的提高，基体组织由F向F+M转变；颗粒状复合碳化物(Ti,V)C的数量逐渐增多，当加入钒含量超过13.3%时，初生(Ti,V)C形态由颗粒状转变为花瓣状. 此外湿砂磨粒磨损试验表明,适量钒显著改善了熔覆层的耐磨性，当钒含量为13.3%时，大量颗粒状复合碳化物(Ti,V)C均匀弥散分布在铁素体及针状马氏体基体上，使得熔覆层具有最佳的耐磨性.