氮對典型Fe-Cr-C堆焊合金組織演變及耐磨性的影響.pdf

1、堆焊技術(shù)作為表面工程中的關(guān)鍵技術(shù)，具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。采用堆焊技術(shù)對機(jī)械零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化或表面再制造，不僅可以改善零部件表面性能，還可以恢復(fù)失效零部件的形狀和尺寸。適應(yīng)于不同應(yīng)用領(lǐng)域的堆焊材料也隨著堆焊技術(shù)的進(jìn)步而快速發(fā)展，藥芯焊絲作為堆焊材料中的先進(jìn)材料已經(jīng)在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
　　本文自行研發(fā)了自保護(hù)Fe-Cr-C堆焊藥芯焊絲，通過優(yōu)化焊絲中藥芯成分，制備獲得不同含N量的Fe-13Cr-0.2

2、C與Fe-25Cr-4C兩種典型系列的堆焊合金。采用ThermoCalc軟件計(jì)算并優(yōu)化堆焊合金成分，采用金相顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射、透射電子顯微鏡等技術(shù)觀察和分析各堆焊合金中組織變化規(guī)律，采用拉伸試驗(yàn)機(jī)、宏觀洛氏硬度計(jì)、顯微硬度計(jì)、納米壓痕儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備研究不同N含量的堆焊合金性能，采用第一性原理方法計(jì)算堆焊合金中不同相之間界面行為，研究N對各堆焊合金中組織演變以及性能的影響規(guī)律。
　　元素N在Fe-1

3、3Cr-0.2C堆焊合金中具有取代元素C的作用，可以降低液相參與包晶反應(yīng)生成奧氏體的比例，達(dá)到細(xì)化原奧氏體晶粒的目的。原奧氏體晶粒的細(xì)化可以影響后續(xù)馬氏體轉(zhuǎn)變過程，得到板條更加細(xì)小的馬氏體組織。與不含N的Fe-13Cr-0.2C堆焊合金相比，含N的堆焊合金中馬氏體板條由0.35μm細(xì)化至0.20μm。提出了采用修正的Hall-Petch公式計(jì)算Fe-13Cr-0.2C堆焊合金屈服強(qiáng)度的方法，得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果吻合較好。

4、　　通過分析不同N含量的Fe-25Cr-4C堆焊合金中顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其中M7C3碳化物為正交結(jié)構(gòu)，含有Ti和Nb的碳氮化物為面心立方結(jié)構(gòu)。此外，M7C3碳化物周圍可形成M23C6碳化物、高密度位錯(cuò)以及板條馬氏體，這些顯微組織的形成可以降低M7C3碳化物與γ-Fe之間的硬度梯度，降低碳化物的剝落傾向。在M7C3碳化物與γ-Fe相內(nèi)部，都發(fā)現(xiàn)了堆垛層錯(cuò)的形成，這對提高堆焊合金中基體強(qiáng)度與碳化物的韌性具有重要作用。根據(jù)Bramfitt二維點(diǎn)陣

5、錯(cuò)配度理論，計(jì)算(110)(Ti,Nb)(C,N)與(100)M7C3之間錯(cuò)配度δ為6.15％，證明了(Ti,Nb)(C,N)作為M7C3碳化物的異質(zhì)形核核心是中等有效的，(Ti,Nb)(C,N)可以作為M7C3的異質(zhì)形核核心細(xì)化碳化物，很好的解釋了過共晶Fe-25Cr-4C-Ti-Nb堆焊合金中，N含量的增加可以細(xì)化初生碳化物的現(xiàn)象。此外，計(jì)算LaAlO3與M7C3、TiC、TiN和(Ti,Nb)(C,N)之間的錯(cuò)配度，發(fā)現(xiàn)LaAlO

6、3作為M7C3、TiC、TiN和(Ti,Nb)(C,N)的異質(zhì)形核核心是中等有效的。
　　不同尺寸的碳化物在磨損過程中表現(xiàn)出不同的行為，大塊的碳化物在磨粒磨損過程中容易產(chǎn)生裂紋和開裂并形成剝落。通過獲取磨損表面形貌粗糙度數(shù)值的概率密度分布曲線并定性對比碳化物尺寸，提出了各堆焊合金中碳化物尺寸與概率密度分布曲線的形態(tài)參數(shù)μ和σ呈正比關(guān)系的特點(diǎn)。此外，過共晶堆焊合金中細(xì)小的碳化物在磨損過程中呈現(xiàn)出彎曲變形和逐層剝落的特點(diǎn)，其行為特點(diǎn)與

7、堆焊合金中發(fā)現(xiàn)的堆垛層錯(cuò)、板條馬氏體等組織的性質(zhì)相一致。
　　M(C,N)(111)/Fe3Cr4C3(0001)、LaAlO3(100)/TiC(100)以及 LaAlO3(111)/MX(111)界面之間結(jié)合能、表面能及其電子結(jié)構(gòu)和鍵合等行為表現(xiàn)出其界面較好的穩(wěn)定性和不同原子間的成鍵特性。從多方面論證了M(C,N)化合物、LaAlO3稀土氧化物作為M7C3碳化物以及LaAlO3稀土氧化物作為M(C,N)化合物異質(zhì)形核核心的有效