高錳鋼表面等離子熔覆FE-Cr-Ni合金涂層的組織與性能研究.pdf

1、本文針對傳統(tǒng)高錳鋼零部件在低沖擊應力下難以加工硬化，導致表面等局部接觸面容易磨損失效，提出了在高錳鋼表面等離子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂層以改善高錳鋼的表面耐磨性。由于熔覆過程冷、熱循環(huán)快，熔覆層容易累積殘余應力而產(chǎn)生裂紋，熱影響區(qū)產(chǎn)生脆性魏氏體組織。基于影響熔覆層成型的六因素優(yōu)化出熔覆工藝參數(shù)，并對熔覆層進行不同熱處理工藝處理，以改善熔覆層組織穩(wěn)定性，消除殘余應力，促使魏氏體組織珠光體化轉(zhuǎn)變，提高綜合性能，得到高耐磨性和無裂紋涂層。著

2、重分析了熔覆層裂紋產(chǎn)生機理及擴展方式、熱處理前后熔覆層與基體組織和殘余應力演變、熱處理前后熔覆層與基體摩擦磨損性能。
　　研究結(jié)果表明:熔覆層組織由殘余滲碳體、樹枝狀奧氏體與骨架狀共析體組成，垂直于熔覆方向依次分為等軸晶區(qū)、樹枝晶區(qū)、包狀晶區(qū)、結(jié)合區(qū)平面晶;熱影響區(qū)為組織粗大魏氏體，基體為珠光體與奧氏體組織。熱處理后熔覆層組織內(nèi)奧氏體均勻化，骨架狀共晶體部分溶入晶粒內(nèi)部，晶粒Cr、Ni含量增加，晶粒內(nèi)析出(Cr，F(xiàn)e)mCn顆粒相

3、，共晶體區(qū)域聚集出黑色碳化物相，隨著熱處理溫度升高，顆粒相(Cr，F(xiàn)e)mCn數(shù)量增加，分布更均勻。900℃退火處理后組織內(nèi)碳化物相完全析出，且從亞穩(wěn)態(tài)的(Cr，F(xiàn)e)7C3相逐漸轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的(Cr，F(xiàn)e)23C6相，熱處理區(qū)魏氏體組織重結(jié)晶成細小珠光體組織。多道熔覆的析出相數(shù)量和穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變較單道熔覆均勻。殘余應力測試試驗表明熔覆層中應力以熱應力為主，多道熔覆層殘余應力為單道熔覆層累計，高于單道40％且均為拉應力;900℃退火處理后單

4、、多道熔覆層因熱應力釋放、沉淀顆粒相(Cr，F(xiàn)e)mCn的完全析出以及析出相穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變共同作用，降低熔覆層中應力值分別81％、67％。
　　針對熔覆層組織改變對殘余應力的影響，從微觀角度分析了基體預熱溫度對熔覆層裂紋形成機理與擴展方式的影響?；w未預熱熔覆層內(nèi)出現(xiàn)宏觀貫穿裂紋，形成穿晶斷裂;預熱250℃后覆層出現(xiàn)微觀沿晶裂紋和穿晶裂紋，預熱350℃后熔覆層無裂紋產(chǎn)生。所有裂紋均起源于熔覆層底部的結(jié)合處，沿著結(jié)晶凝固方向往頂部發(fā)展，

5、其擴展驅(qū)動力為快速凝固過程中垂直于熔覆方向上產(chǎn)生的溫度差和熔覆層與基體的熱膨脹系數(shù)差造成的熱應力。基體預熱350℃能夠降低散熱速度和促使碳化物析出，從而減少熔覆層內(nèi)殘余應力消除裂紋。
　　熔覆層性能試驗表明，未熱處理熔覆層耐磨性為基體7.3倍，900℃退火處理后熔覆層耐磨性提高3.3倍，說明熱處理在改善熔覆層質(zhì)量時保持良好的耐磨性?；w磨損機制屬于典型的磨粒磨損;未熱處理熔覆層磨損機制為磨粒磨損和粘著磨損相結(jié)合;熔覆層經(jīng)900℃退