【摘 要】
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在如今快速发展的工程领域,摩擦与磨损是造成工程设备失效的主要原因之一。润滑是减弱两摩擦副之间磨损最常用的方法。除常见的润滑剂润滑外,使用具有减摩特性的金属基固体自润滑材料也是当今热门研究之一。本文设计含SiC可分解原位自生石墨自润滑相的金属粉芯焊丝,研究SiC在堆焊环境下,化学反应原位自生石墨润滑相可行性,解决堆焊环境下石墨的烧损与氧化问题,并制备铁基石墨自润滑耐磨堆焊合金层。通过高速摄像观察焊丝
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在如今快速发展的工程领域,摩擦与磨损是造成工程设备失效的主要原因之一。润滑是减弱两摩擦副之间磨损最常用的方法。除常见的润滑剂润滑外,使用具有减摩特性的金属基固体自润滑材料也是当今热门研究之一。本文设计含SiC可分解原位自生石墨自润滑相的金属粉芯焊丝,研究SiC在堆焊环境下,化学反应原位自生石墨润滑相可行性,解决堆焊环境下石墨的烧损与氧化问题,并制备铁基石墨自润滑耐磨堆焊合金层。通过高速摄像观察焊丝熔滴过渡及飞溅形式;采用金相显微镜、SEM、EDS、XRD等分析金属粉芯焊丝堆焊层中SiC分解原位自生石墨的形态、大小、分布以及微观结构及成分;测定堆焊层HRC硬度、磨粒磨损、摩擦系数,并分析金属粉芯焊丝堆焊层硬度及摩擦磨损性能。研究表明:通过化学反应计算,理论上确定了SiC可以在堆焊电弧下自分解产生石墨以及在高温熔池中溶解于铁液反应生成石墨。金属粉芯焊丝中添加25wt.%的SiC可在堆焊层中生成球形石墨,分布均匀,尺寸约为8-15μm,最高体积分数约为8%,堆焊层基体组织为珠光体,相对耐磨性是Q235钢的1.4倍,磨粒磨损机理为微观切屑犁沟和多次塑性变形犁沟联合作用犁沟。相同参数实验下,Q235钢的摩擦系数为0.36,而自生石墨堆焊层摩擦系数为0.29,提高堆焊层摩擦磨损性能。向堆焊层中同时过渡Cr、Ni降低了自生石墨数量,体积分数从8%下降到6%,尺寸大小为7μm-12μm。Cr、Ni共同作用影响了石墨的生成,但提高了堆焊、层硬度,硬度由40HRC提高到51HRC。在添加Cr、Ni后金属粉芯焊丝中改变SiC含量,当SiC含量在35wt.%时,球形石墨相数量最多,尺寸大小为15-20μm,体积分数为20%,相对耐磨性为Q235钢的2.8倍,摩擦系数为0.15。此含量的SiC最利于石墨相的析出,耐磨性及摩擦系数均最佳。N2保护堆焊可以降低焊接飞溅,部分氮过渡到熔池中形成氮化物作为石墨异质形核核心并促进球形石墨相的生成。随着焊接电参数的增加,熔滴过渡类型由短路过渡向熔滴排斥过渡。飞溅类型由短路爆炸飞溅转变为电弧力飞溅,CO2气体保护会造成气体逸出飞溅。当焊接电流为200A,焊接电压为20-22V,焊接速度为1.5mm/s,单层焊道的宽度为20mm时,堆焊过程稳定,焊缝成型良好,飞溅小,且最利于石墨相析出。石墨相颗粒摩擦挤压到堆焊层表面,形成自润滑层,提高堆焊层耐磨性能。
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