高硼鐵基堆焊合金組織結構形成機理及耐磨性研究.pdf

1、國內圖書分類號：TG422學校代碼：10213國際圖書分類號：621.7密級：公開工學博士學位論文學博士學位論文高硼鐵基堆焊合金組織結構形成機理及耐磨性研究博士研究生：莊明輝導師：李慕勤教授申請學位：工學博士學科：材料加工工程所在單位：材料科學與工程學院答辯日期：2017年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要摘要堆焊是減緩工程部件磨料磨損的一種有效手段，高性能的堆焊材料是實現(xiàn)這一手段的必要保證。高硼鐵基合金成本相對較低、耐磨性能優(yōu)異，已

2、在磨料磨損領域顯示出明顯的優(yōu)越性。然而，高硼鐵基合金用于堆焊的研究報道較少，因此，開發(fā)一種包含少量合金元素、價位低廉、具有良好堆焊工藝性能、耐磨性和抗裂性的高硼鐵基耐磨堆焊合金材料就顯得尤為重要。研究中發(fā)現(xiàn)高硼鐵基合金堆焊存在的問題一是硼量過高易引發(fā)裂紋，減少裂紋往往要犧牲耐磨性；二是高硼鐵基堆焊合金組織如何實現(xiàn)優(yōu)勝劣汰；三是耐磨相Fe2B生長取向不同耐磨性存在差異。針對上述問題本文采用粉絲復合堆焊技術，探討少量合金元素對FeBC系堆焊

3、合金組織結構、初生Fe2B相生長取向、裂紋產(chǎn)生及耐磨性的影響與相互關系，期望獲得一種具有良好抗裂性能、耐磨性能的高硼鐵基堆焊合金材料。本文從不含貴重合金元素的FeBC系堆焊合金出發(fā)，系統(tǒng)研究了粉絲復合堆焊工藝條件下，硼化物硬質相的類型、形態(tài)、體積分數(shù)與不同基體的配合對堆焊合金磨料耐磨性能的影響。結果顯示，F(xiàn)eBC系堆焊合金典型的顯微組織有樹枝晶狀Fe、棒狀Fe2B、魚骨狀Fe2B以及菊花狀Fe3(CB)，調整硼、碳的含量與配比可控制堆焊

4、合金中各顯微組織的體積分數(shù)。不同組織結構堆焊合金的磨料耐磨性不同，過共晶成分合金以粗大的棒狀Fe2B為硬質相，以共晶組織為基體，棒狀Fe2B硬質相可有效保護共晶基體免受磨粒的損傷，阻斷磨粒的切削路徑，高顯微硬度的共晶組織基體可避免因其過度磨損而引起硬質相脫落，兩者良好的配合可表現(xiàn)出優(yōu)異的磨料耐磨性。硬質相的類型與體積分數(shù)是影響堆焊合金磨料耐磨性的主要因素之一，根據(jù)熱力學計算結果，論證了合金元素Ti控制FeBC系堆焊合金各硬質相體積分數(shù)的

5、可能性，驗證了Ti對FeBC系堆焊合金組織結構及耐磨性的影響規(guī)律。結果表明，與Fe3(CB)相比，Ti與C形成的TiC相具有更低的反應吉布斯自由能，Ti可控制堆焊合金中Fe3(CB)相的體積分數(shù)。Ti與B形成的TiB2相比Fe2B具有更低的反應吉布斯自由能，并能控制堆焊合金中Fe2B相的體積分數(shù)。通過調整Ti、B、C的含量與配比，可控制堆焊合金層中各硬質相的類型、體積分數(shù)，最終達到控制堆焊合金耐磨性的目的。磨損試驗顯示，含Ti0.71w