硼对等离子熔覆耐磨复合板的组织性能影响

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目前,我国耐磨复合板的应用越来越广泛。通常采用的方法是在基体金属板上堆焊一层耐磨层,或者采用轧制、爆破等方法制成双金属复合板,但都存在某些缺点,如堆焊耐磨层的组织不均匀、表层粗糙等,而采用轧制、爆破等方法只能生产塑性较高的耐腐蚀双金属复合板,不能用于高硬度低塑性的耐磨材料。  等离子熔覆技术可在无需经过任何前处理的基体金属板上,获得与基体良好冶金结合的致密熔覆层,尤其是通过提高碳和硼等间隙强化元素的含量来提高熔覆层的硬度和耐磨性。本文采用等离子熔覆技术在Q235钢上制备了无硼与含硼五种不同成分的耐磨复合板,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EMPA)等技术,对熔覆层的组织、相组成等进行了分析,利用显微硬度计和洛氏硬度计对熔覆层的显微硬度和洛氏硬度进行了测量,通过滑动磨损和磨料磨损检验评价了五种耐磨复合板的耐磨性能,并对磨损机理以及耐磨性与硬度之间的关系进行了分析和阐述。  分析结果表明:从熔覆层与基体的结合面到顶部大致可分为五种结晶形态:平面晶,胞状晶,胞状树枝晶,树枝晶,等轴晶;同时,在两道熔覆层的搭接处还有一些穗状晶和一些带状晶的存在。在无硼与含硼五种不同成分的耐磨复合板中,2、3、4、5号含硼熔覆涂层的物相为(Fe,Cr)7(C,B)3以及α-Fe/FeB(以及少量的Fe2B)和α-Fe/(Fe,Cr)7(C,B)3的两种共晶组织,硬质相含量随含硼量的增加依次增多,并且共晶组织细小致密。而1号无硼熔覆硬质相为(Fe,Cr)7C3,共晶组织为α-Fe/(Fe,Cr)7C3,硬质相含量相对较少,共晶组织相对较粗大。由于非平衡快速凝固,所以(Fe,Cr)7C3和(Fe,Cr)7(C,B)3都是亚稳相,且先析出相与共晶组织中都固溶了大量的合金元素;从1号试样到5号试样,由涂层表层到内部,次表层的硬度值都大于表层硬度值,然后硬度值依次减小,靠近冶金结合面的熔覆层硬度表现较低。熔覆层的最高硬度值分别出现在(Fe,Cr)7C3和(Fe,Cr)7(C,B)3等硬质相上,显微硬度的平均硬度值分别为412.8975HV0.2、650.3529HV0.2、689.1929HV0.2、822.27HV0.2、938.3857HV0.2,呈现逐渐上升的趋势。最高硬度值分别为540.12HV0.2、771.93HV0.2、851.56HV0.2、1041.63HV0.2、1349.24HV0.2,也呈现逐渐上升趋势。洛氏硬度依次为47.72、48.12、57.74、62.74、63.54,呈现增高趋势。  在磨损载荷为200N、磨损的时间分别为1h、2h、3h条件下的滑动磨损实验中,对失重率进行比较,得到4号试样的耐磨性能最好;在磨损时间为1h不变的情况下,载荷分别为200N、250N、300N条件下的滑动磨损实验中,由磨损的失重质量可知4号试样耐磨性能最好。在150N、200N、250N三种不同载荷下,磨损时间为5mins条件下的磨料磨损实验中,从1号到5号试样随着载荷增加,磨损失重量都呈现增加趋势;在试验中任何载荷下,相比五个试样,4号试样和3号试样的磨损失重最少。通过10mins磨料磨损后得到的50倍和500倍的磨损形貌可以看出,5个试样中,4号试样划痕犁沟数目少,痕迹不明显,深度较浅,同时粒状、块状磨屑最少。因此,4号试样相对的磨料磨损的性能最好。并从各个试样的硬质相以及共晶组织的性质、数量和分布等分析解释了上述现象。
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