鎢極氬弧熔覆鐵基耐磨層的研究.pdf

1、利用表面改性技術，在磨損部件表面熔覆具有較高耐磨性的金屬基復合材料涂層成為高磨損領域修復部件、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，熔覆預涂在普通低碳鋼表面的合金粉末，制備出TiC、VC、Cr7C3增強的鐵基復合材料熔覆層，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)熔覆粉末的熔點不同以及以往實驗累積的經驗，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。本文主要研究各合金粉末熔覆層的組織、硬度和耐磨性，預涂合金粉末組分是鎢極氬弧熔覆原位合成顆粒增強鐵基熔覆層的關鍵。研究結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顆粒增強相。熔覆層表層硬度可達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狀組織。由基體開始，熔覆層由胞狀枝晶向等軸晶轉化，中部等軸晶組織較細小。高鉻熔覆層的組織較細密，其洛氏硬度值(54.1HRC)大于低鉻熔覆層(53HRC)。對高鉻熔覆層進行X射線衍射

4、分析，結果顯示熔覆層中存在Cr7C3增強相。
　　 采用鉻鐵和鈦鐵的復合添加，可有效降低熔覆時的輸入熱量，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、三角狀及花瓣狀的顆粒物相，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)的網狀Cr7C3，其洛氏硬度較小，為52.1HRC。
　　 采用正交實驗優(yōu)化設計，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小顆粒狀物相及網狀組織，顆粒的形狀比較圓滑。XRD結果顯示，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60HRC

6、，是母材硬度的兩倍以上。
　　 摩擦磨損試驗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行顯微切削，試樣磨痕呈現(xiàn)短而淺的小犁溝及分散的點坑，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)網狀Cr7C3加之Cr的固熔強化機制很好得阻礙了磨粒對熔覆層的顯微切削，起到增強耐磨性的作用，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相顆粒，圓滑顆粒TiC、VC和不連續(xù)網狀Cr7C3阻礙摩擦的過程，加之Cr、V對基體的強化作