【摘 要】
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高铬铸铁作为耐磨性能突出、韧性较好的耐磨材料,因其性价比高而被广泛应用于水泥、矿业、电力、工程机械等行业。超固相线液相烧结（supersolidius liquid phase sintering,SLPS）粉末冶金技术为高铬铸铁创建了不同于传统铸造方法的显微组织生长条件,使得坯样致密化速度更快,碳化物形核率有所提高,能够制备获得晶粒细小,碳化物分布均匀且全致密化的高铬铸铁制品。与铸造高铬铸铁相比
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高铬铸铁作为耐磨性能突出、韧性较好的耐磨材料,因其性价比高而被广泛应用于水泥、矿业、电力、工程机械等行业。超固相线液相烧结（supersolidius liquid phase sintering,SLPS）粉末冶金技术为高铬铸铁创建了不同于传统铸造方法的显微组织生长条件,使得坯样致密化速度更快,碳化物形核率有所提高,能够制备获得晶粒细小,碳化物分布均匀且全致密化的高铬铸铁制品。与铸造高铬铸铁相比,SLPS高铬铸铁的强韧性获得成倍提高,烧结态硬度就能够达到硬化态铸件的硬度要求。但SLPS高铬铸铁仍存在烧结窗口狭窄、烧结制品性能不稳定的问题,大大限制了SLPS技术在高铬铸铁制备领域的实际应用。本课题提出一种高铬铸铁变温SLPS工艺,将传统定温SLPS分为高温致密化阶段和低温组织调控阶段。考虑到SLPS的高效致密化特点,高温阶段通过缩短烧结时间提高坯样的保形能力,从而进一步提高烧结温度,拓宽烧结窗口;为使碳化物充分析出,引入低温阶段,抑制组织粗化长大,同时保证制品的硬度及耐磨性能。对变温SLPS制备的亚共晶15Cr系高铬铸铁进行显微组织观察和力学性能检测,得出以下结论:（1）高铬铸铁在变温SLPS高温阶段就能达到全致密化,低温阶段对坯样密度影响不大,变温SLPS高铬铸铁的烧结窗口为20℃（1225～1245℃）。合金物相由M7C3型碳化物和马氏体加少量奥氏体基体构成。显微组织随高温阶段烧结温度升高和保温时间延长逐渐粗化;引入低温阶段,碳化物充分析出,残余奥氏体含量增加。变温SLPS合金组织粗化速度明显低于定温SLPS,相较于定温SLPS合金的组织细化效果明显。（2）变温SLPS合金的硬度与抗弯强度随高温阶段的温度升高先升后降,且随保温时间延长有所下降,合金冲击韧性在整个高温阶段稳定在较高水平,平均值达到12.10J/cm~2。相同烧结温度下,变温SLPS高铬铸铁的硬度、冲击韧性和抗弯强度均优于定温SLPS高铬铸铁。（3）未经低温阶段保温的合金马氏体含量较高,晶粒细小,硬度和抗弯强度较高,冲击韧性偏低。引入低温阶段使得晶粒长大,残余奥氏体含量增加,硬度有所降低,但碳化物充分析出,硬度可维持在61HRC以上;合金的硬度和抗弯强度随低温温度的升高而升高,抗弯强度先降后升。（4）1235℃×10min+1190℃×80min变温SLPS高铬铸铁的硬度、冲击韧性和抗弯强度分别为11.93J/cm~2,61.60HRC,2279.4MPa,该合金试样在1、2和3J/cm~2冲击功作用下冲击磨料磨损1h的相对耐磨性分别为5.87,4.80和5.21。铸造高铬铸铁碳当量过高,焊接性能较差,高铬铸铁复合零件的焊接研究和制备受到限制。SLPS高铬铸铁综合性能明显优于铸造高铬铸铁,其抗裂纹扩展能力增强,应力集中减缓,焊接性有所提高。本文尝试采用多道次手工钨极氩弧焊焊接SLPS高铬铸铁与低碳钢,研究焊接电流对接头显微组织和力学性能的影响,得出以下结论:（1）多道次手工氩弧焊焊接的SLPS高铬铸铁/低碳钢接头结合良好,无明显缺陷。焊缝区由回火马氏体加奥氏体组成,其靠近低碳钢侧存在单一奥氏体柱状晶区。低碳钢由珠光体与铁素体构成,靠近焊缝区的晶粒受热影响长大粗化。SLPS高铬铸铁母材晶粒细小,碳化物均匀分布,其熔化区的碳化物团簇分布,属于铸态高铬铸铁组织。（2）焊接接头拉伸强度随焊接电流的升高,先升后降,在焊接电流为140A时达到最大值538.1MPa,分别为SLPS高铬铸铁和低碳钢拉伸强度的95.3%和97.4%。此时拉伸断口出现在拉伸强度较低的低碳钢一侧,为延性断裂。焊接电流较低时,焊缝区的合金元素含量较低,成为焊接接头的弱区,拉伸断口出现在焊缝区。焊接电流较高时,高铬铸铁的熔化区变宽且明显粗化,成为焊接接头的弱区,拉伸断口出现在铸铁侧。（3）由于合金元素的扩散,焊接接头的显微硬度在水平方向上从高铬铸铁一侧向低碳钢一侧逐渐减小;由于二次回火和元素扩散,焊接接头的显微硬度在垂直方向上呈侧卧的“M”型。
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