WC增強Cu-Ni-Mn高耐磨堆焊層及磨損機理研究.pdf

1、磨損作為材料主要失效形式之一，每年給社會帶來巨大的材料及能源消耗，造成巨大的經(jīng)濟損失。采用堆焊技術(shù)在易磨損工件表面熔覆耐磨損涂層不僅可以修復失效工件，而且能夠大大延長工件服役壽命，從而降低材料與能源損耗。本論文設(shè)計了一種鑄造碳化鎢（WC）顆粒增強Cu-Ni-Mn金屬基復合材料的藥芯焊絲，采用堆焊方法在鋼基板表面制備WC/Cu-Ni-Mn耐磨堆焊層，并對堆焊層進行時效處理，通過研究堆焊層的微觀組織與界面以及耐磨損性能，揭示其高耐磨損機理及

2、失效機制。
　　研究了WC/Cu-Ni-Mn耐磨堆焊層在時效處理前后的微觀組織及機械性能。結(jié)果表明，Cu-Ni-Mn金屬基的微觀組織主要由樹枝晶組成，Ni、Mn原子固溶到Cu的晶格中取代了部分原來晶格中Cu原子的位置，形成了α-Cu固溶體；經(jīng)時效處理后，Cu-Ni-Mn金屬基樹枝晶的晶界處析出了NiMn第二相。未時效Cu-Ni-Mn金屬基硬度為125 HV0.2，時效后可達391 HV0.2；未時效Cu-Ni-Mn金屬基的拉伸強度

3、為473 MPa，斷裂延伸率為33％，而時效后拉伸強度為832 MPa，斷裂延伸率低于1%。WC/Cu-Ni-Mn耐磨堆焊層中沒有氣孔、裂紋或其它缺陷，體積分數(shù)達到63%的WC顆粒增強相均勻分布，并且在堆焊過程中無明顯熔化燒損。
　　測試了WC/Cu-Ni-Mn耐磨堆焊層的耐三體磨粒磨損性能，并分析了相應(yīng)的磨損失效機理。當磨料為硅砂時，WC/Cu-Ni-Mn耐磨堆焊層的耐三體磨粒磨損性能達到高鉻鑄鐵的4倍，其主要的磨損失效原因為塑

4、性變形破壞和WC硬質(zhì)相的破裂。
　　研究了WC/Cu-Ni-Mn耐磨堆焊層在室溫及350℃高溫條件下的耐干摩擦磨損性能，分析了相應(yīng)工況下的磨損失效機制。結(jié)果表明，相對于英國WA公司的高鉻Fe-Cr-C耐磨堆焊層，在常溫條件下未時效和時效后的WC/Cu-Ni-Mn耐磨堆焊層的相對耐磨粒磨損性能分別為1.83和2.26；而在350℃高溫條件下未時效和時效后的相對耐磨粒磨損性能分別為1.90和2.39。在常溫條件下，堆焊層的主要磨損機制

5、為磨粒磨損破壞與黏著磨損破壞；在350℃高溫條件下，堆焊層的磨損機制除磨粒磨損破壞和黏著磨損破壞之外，還包括堆焊層表面氧化，這種氧化有利于降低堆焊層的磨損破壞程度。
　　對比分析了WC/Cu-Ni-Mn堆焊層在室溫及350℃高溫條件下的摩擦磨損行為。在室溫及高溫條件下的干摩擦磨損過程均包含跑合磨損和穩(wěn)定磨損兩個階段。而在350℃高溫條件下堆焊層表面氧化物在摩擦副之間充當了潤滑劑的作用，使得其摩擦系數(shù)降低。然而受高溫條件下堆焊層軟化