碳化钨颗粒增强高铬铸铁基高频感应堆焊层组织及性能的研究

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堆焊技术是表面处理技术的一个重要分支,其中近些年发展起来的感应堆焊技术更是具有十分巨大的应用潜力。在各种合金粉末中铁基合金粉末因极高的性价比而被广泛使用。为了更高层次的增强高频感应高铬铸铁基堆焊层的耐磨性,以延长其寿命,本文利用高频感应堆焊技术在Q235钢表面制备碳化钨增强高铬铸铁基的堆焊层。本文首先对高频感应堆焊的工艺参数及堆焊后的冷却处理方式进行了优化,然后制备了高铬铸铁基堆焊层和分别含有质量分数为10%、20%、30%、40%、45%铸造碳化钨颗粒的高频感应堆焊高铬铸铁基堆焊层,运用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪器以及硬度计研究了堆焊层的宏观形貌、组织结构、物相种类及硬度、耐磨性,结果表明,碳化钨含量为40%的堆焊层整体效果最佳。在优化后的高频感应堆焊工艺下,堆焊层表面光滑、致密、平整及无明显裂纹;堆焊层的微观组织为明显的快速凝固组织。高铬铸铁基堆焊层中主要相为γ-Fe和M7C3((Cr,Fe)7(C,B)3),碳化钨增强高铬铸铁基堆焊层中主要物相为γ-Fe、M7C3((Cr,Fe)7(C,B)3)、WC及W2C等。随着碳化钨含量的增加,堆焊层中共晶组织更加均匀,细致,碳化物增多,主要类型有M7C3、M3C、M23C6等。对碳化钨颗粒在堆焊层中的形貌及组织变化进行研究,结果表明,堆焊过程中,碳化钨颗粒都变得圆滑,但体积分数变化不大,其溶解的部分与基体金属形成碳化物,主要类型是M6C((W,Fe)6C),且随着碳化钨含量的增加,这类碳化物会由晶界转向晶内,这大大提高了堆焊层的整体性能。本文对高频感应堆焊层中的碳化钨颗粒的溶解扩散烧损情况进行了评估,得到一个半定量公式R b1-M。该公式可以评估不同碳化钨颗粒含量和不同碳化钨颗粒粒度的堆焊层中陶瓷相的烧损程度。高铬铸铁基不含碳化钨的堆焊层横截面的非边缘部位的洛氏硬度约为60.8HRC,而碳化钨颗粒含量为40%时达到最高值,为63.8HRC。在试样的纵截面,沿母材向堆焊层表面方向,显微硬度先升高后降低,主要是碳化钨颗粒主要集中在堆焊层与母材的结合处,其中碳化钨含量为40%时试样的结合处组织比较均匀,显微硬度值的最大值为1005HV。另外堆焊层的磨损形式主要为微观切削、犁沟,碳化钨含量为40%时试样的堆焊层耐磨性最佳,犁沟很浅。制备了三层碳化钨(含量为40%)颗粒增强高铬铸铁基高频感应堆焊层,三个层的厚度分别为约1mm,约2mm及约3.5mm,通过扫描电镜图片可知,三层堆焊层之间没有明显的界限。堆焊层表面平整,组织致密均匀,无夹杂等缺陷。采用XRD物相分析,堆焊层中碳化物M7C3、M6C都高于单层堆焊层。在一定的范围内,堆焊层越厚,堆焊层表面洛氏硬度越高,耐磨性越好。
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