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硬质相为M7C3的高铬铸铁,具有优异的耐磨损性能,作为一种耐磨材料,在工业领域有着较为广泛的应用。高铬铸铁堆焊材料,经常被用于提高工件表面的耐磨性能,堆焊得到的堆焊层硬度高,耐磨性能优异,但脆性大、抗裂性能差。本文设计了以TiC、三元硼化物复合强化高铬铸铁的两种药芯焊带,以期进一步提高堆焊金属的耐磨性能。采用OM、SEM、XRD、硬度试验以及磨损试验等方法,研究了 TiFe、Mo、B、稀土添加量对药芯焊带TIG电弧熔敷堆焊金属组织性能的影响,并从理论上分析了复合强化硬质相Cr7C3等的形成机理,为复合强化高铬铸铁堆焊材料设计提供了技术数据。药芯焊带加入TiFe的堆焊金属主要组成相为M7C3、(Cr,Fe)7C3、NiCrFe和TiC。不加入TiFe时,堆焊金属中M7C3粗大、分布不均匀、数量少,加入TiFe后,M7C3得到了不同程度的细化,硬质相尺寸减小,硬质相分布更加均匀,数量增加。基于Imagepro Plus软件的统计计算结果表明,TiFe添加量3.5%的堆焊金属硬质相体积分数最高为67.10%,TiFe添加量5.2%的堆焊金属硬质相平均尺寸最小,为14.02 μ m。通过Fe-Cr-Ti-C系合金相图分析、错配度计算和热力学计算证明了液态金属中原位合成的TiC可以作为Cr7C3的异质形核核心,减小了Cr7C3碳化物的形核阻力,使Cr7C3碳化物细化。没有作为Cr7C3异质形核质点的TiC颗粒,也可以通过阻碍Cr7C3的自由生长,从而细化Cr7C3。TiFe添加量5.2%的堆焊金属平均显微硬度最高,为1078.7HV,相对基体Q235提高560.1%。TiFe添加量0%、1.7%、3.5%和5.2%的堆焊金属磨损失重分别为8.2mg、5.4mg、3.6mg和2.5mg。相同的试验条件下,TiFe添加量0%的堆焊金属磨损失重最大为8.2mg,TiFe添加量5.2%的堆焊金属磨损失重最小为2.5mg,耐磨性能均较基体Q235有了明显提升。在高铬铸铁药芯焊带中加入Mo、B的试验结果表明,通过冶金反应,生成Mo2FeB2三元硼化物,获得了 Mo2FeB2和Cr7C3复合强化的堆焊金属。药芯焊带中加入B4C过渡B对堆焊金属的强化效果优于加入FeB的。药芯焊带中Mo、B的添加量影响堆焊金属的相组成,添加43%Mo-7%B4C的堆焊金属主要组成相为Cr7C3、Mo2FeB2、FeCrNi 和 MoCrFe;添加 34.4%Mo-5.6%B4C 的堆焊金属主要组成相为Cr7C3、FeCrNi和FeCrMo,没有形成MO2FeB2。与不加入Mo、B的相比,加入Mo、B的堆焊金属中硬质相数量明显增多、尺寸减小、分布更加均匀。添加 0%Mo-0%B4C、43%Mo-7%B4C、38.7%Mo-6.3%B4C、34.4%Mo-5.6%B4C 和30.1%Mo-4.9%B4C的堆焊金属平均显微硬度分别为650.3HV0.5、1105.4HV0.5、1034.4HV0.5、853.8HV0.5 和 807.9HV0.5,添加 43%Mo-7%B4C 的堆焊金属平均显微硬度最高,为基体Q235的7.2倍。添加0%Mo-0%B4C、43%Mo-7%B4C、38.7%Mo-6.3%B4C、34.4%Mo-5.6%B4C 和 30.1%Mo-4.9%B4C 的堆焊金属磨损失重分别为9.2mg、2.4mg、2.6mg、5.1mg和5.7mg。相同的试验条件下,添加0%Mo-0%B4C的堆焊金属磨损失重最大为9.2mg,添加43%Mo-7%B4C的堆焊金属磨损失重最小为2.4mg,都较基体Q235有了明显提升。热力学计算表明,Fe-Cr-C-Mo-B堆焊金属合金系在200℃-3000℃温度范围内,MoB、CrB2、CrB、Fe2B等二元硼化物的吉布斯自由能ΔG均小于零,可以自发形核,由二元硼化物生成的稳定的MO2FeB2三元硼化物阻碍了 Cr7C3硬质相的长大;另外液相中B形成的薄膜,可以停止Cr7C3生长所需的原子供应。上述两方面的作用,使得Cr7C3硬质相细化。MO2FeB2和Cr7C3复合强化药芯焊带中加入1%-3%稀土 Mg-Si合金,堆焊金属硬质相的数量增多,尺寸减小。稀土 Mg-Si添加量为2%时,生成的Cr7C3数量最多,尺寸最细小,Cr7C3的细化效果最为明显;稀土添加量为3%的Cr7C3组织又变得粗大,细化作用减弱。添加稀土 Mg-Si 0%、1%、2%和3%的堆焊金属平均显微硬度分别为 1105.7HV0.5、1119 HV0.5、1197 HV0.5和 1136 HV0.5,添加 2%稀土 Mg-Si的堆焊金属平均显微硬度最高,比不加稀土 Mg-Si的高91.3 HVo.5。