鎢極氬弧熔覆鐵基耐磨層的研究.pdf

1、利用表面改性技術(shù)，在磨損部件表面熔覆具有較高耐磨性的金屬基復(fù)合材料涂層成為高磨損領(lǐng)域修復(fù)部件、延長零件使用壽命的重要途徑。本文利用鎢極氬弧作為熱源，熔覆預(yù)涂在普通低碳鋼表面的合金粉末，制備出TiC、VC、Cr7C3增強(qiáng)的鐵基復(fù)合材料熔覆層，并對熔覆層的微觀組織、硬度、相組成及磨損性能等進(jìn)行了系統(tǒng)分析，研究了影響熔覆層組織及性能的因素及規(guī)律。
　　 合金粉末成分、預(yù)涂層厚度、焊接電流、熔覆速度、熔覆層數(shù)等影響熔覆層的成形和耐磨性能

2、。根據(jù)熔覆粉末的熔點(diǎn)不同以及以往實(shí)驗(yàn)累積的經(jīng)驗(yàn)，熔覆采用直徑為3.0mm含2％釷鎢極，電流140～160A，電壓15～20V，氬氣流量8L/min(氬氣純度大于99.9％)，熔覆速度以看到明顯的熔池為準(zhǔn)。本文主要研究各合金粉末熔覆層的組織、硬度和耐磨性，預(yù)涂合金粉末組分是鎢極氬弧熔覆原位合成顆粒增強(qiáng)鐵基熔覆層的關(guān)鍵。研究結(jié)果顯示所得熔覆層具有良好成形，均無裂紋、氣孔等缺陷，并與母材界面結(jié)合良好。
　　 采用鈦鐵和石墨粉末制備熔覆

3、層，其顯微組織中存在均勻彌散分布的帶棱角的TiC顆粒增強(qiáng)相。熔覆層表層硬度可達(dá)52.4HRC。由于TiC對Fe基體的潤濕性較差，制備多層多道熔覆層時(shí)較困難。
　　 采用鉻鐵和石墨粉末制備熔覆層，選擇兩種合金粉末配比(高鉻和低鉻)，兩者均可看到明顯的網(wǎng)狀組織。由基體開始，熔覆層由胞狀枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)化，中部等軸晶組織較細(xì)小。高鉻熔覆層的組織較細(xì)密，其洛氏硬度值(54.1HRC)大于低鉻熔覆層(53HRC)。對高鉻熔覆層進(jìn)行X射線衍射

4、分析，結(jié)果顯示熔覆層中存在Cr7C3增強(qiáng)相。
　　 采用鉻鐵和鈦鐵的復(fù)合添加，可有效降低熔覆時(shí)的輸入熱量，減小熔覆過程中母材變形的可能性。以Ti元素為主的熔覆層中彌散分布著塊狀、三角狀及花瓣?duì)畹念w粒物相，基體組織為鐵素體和層片間距較小的珠光體，熔覆層平均硬度為54.3HRC。XRD結(jié)果顯示，熔覆層中存在帶棱角的TiC，而沒有Cr7C3，Cr元素主要固溶于Fe基體中起到固溶強(qiáng)化的作用。以Cr元素為主的熔覆層，顯微組織中存在相對較少

5、的TiC顆粒和不連續(xù)的網(wǎng)狀Cr7C3，其洛氏硬度較小，為52.1HRC。
　　 采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到鈦鐵、鉻鐵、釩鐵和石墨的最優(yōu)粉末配比。顯微組織圖中可見白亮細(xì)小顆粒狀物相及網(wǎng)狀組織，顆粒的形狀比較圓滑。XRD結(jié)果顯示，熔覆層中存在TiC、Cr7C3和VC相，基體為鐵素體和珠光體組織。其表層硬度值為56HRC，與正交試驗(yàn)理論值比較符合。從表層至過渡區(qū)，熔覆層顯微硬度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。多層多道熔覆后的試樣硬度可達(dá)60HRC

6、，是母材硬度的兩倍以上。
　　 摩擦磨損試驗(yàn)中熔覆試樣均采用多層多道熔覆方法。各熔覆層表面隨著磨損時(shí)間的延長，磨損量呈逐漸降低的趨勢。通過對磨損后熔覆層的磨痕觀察分析，熔覆層基體金屬的磨損主要是顯微切削，磨痕形貌表現(xiàn)出磨粒磨損特征。鈦鐵+石墨粉末熔覆層隨著磨損時(shí)間的延長，熔覆層中帶棱角的TiC顆粒脫落，形成了大小不等的凹坑，加之磨粒對摩擦面進(jìn)行顯微切削，試樣磨痕呈現(xiàn)短而淺的小犁溝及分散的點(diǎn)坑，耐磨性較差；鉻鐵(高鉻)+石墨熔覆層

7、中的犁溝短而淺，連續(xù)網(wǎng)狀Cr7C3加之Cr的固熔強(qiáng)化機(jī)制很好得阻礙了磨粒對熔覆層的顯微切削，起到增強(qiáng)耐磨性的作用，耐磨性較好；鈦鐵+鉻鐵+石墨粉末熔覆試樣中，不連續(xù)網(wǎng)狀Cr7C3加之帶棱角TiC顆粒的存在，熔覆層磨痕主要為較寬而淺的犁溝，未見明顯的TiC顆粒剝落后形成的凹坑，其耐磨性介于上述兩者之間。優(yōu)化粉末熔覆試樣中可見少量的暴露于磨損面的增強(qiáng)相顆粒，圓滑顆粒TiC、VC和不連續(xù)網(wǎng)狀Cr7C3阻礙摩擦的過程，加之Cr、V對基體的強(qiáng)化作