【正文】 。將每個被測試的樣品旋轉(zhuǎn) 2400 轉(zhuǎn)并且使樣品每 400 轉(zhuǎn)的失重達到 重量損失換算成體積損失（磨損率） ，同時考慮涂層的密度，假設(shè)等離子弧焊涂層的密度相當于供給粉末 的密度并且在堆積層中沒有孔隙。用 海灘沙 來代替 渥太華標準 砂。實驗步驟 ，除另有說明外 ，均按照 ASTM 標準規(guī)范程序 A 來進行測試。（用電極放電切割將等離子弧堆焊后的針切割成合適的磨損試樣 .）實驗時為了縮短達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間圓盤事先用 800 號的 SiC 砂紙打磨。用電 解腐蝕方法對代表性的試樣在含有100ml 水和 10gCrO3 的溶液中進行腐蝕。 用光學顯微鏡， X 射線衍射 (XRD)和具有 EDS 和 WDS 的掃描電子顯微鏡觀察涂層顯微結(jié)構(gòu)。雖然 Armacor C 粉末涂層熱影響區(qū)的硬度高于 Armacor M 涂層，但是 Armacor M 粉末涂層表面附近硬度約為 200HV 高于 Armacor C 涂層近表面硬度。因此，我們可以認為磨損表面的顯微組織相當于圖 1 所示。值得注意的是 Armacor C 粉末涂層中的 硼化物顆粒比 Armacor M 粉末涂層中的細小。 X 射線衍射圖案表明有 Cr2B 和 硼化物存在，同時在 X射線衍射圖案中我們沒有發(fā)現(xiàn)大量的非晶態(tài)組 織。失重是樣品旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的線性函數(shù)，而在 兩體磨料磨損試驗 中，從 400 轉(zhuǎn)開始失重是旋 轉(zhuǎn)圈數(shù)的線性函數(shù)。 Armacor C 粉末涂層出現(xiàn)了大量清晰的 楔形 擦痕。 (b) Armacor M. 30 從圖 2 。 圖 3，顯示了在兩 體磨料磨損 試驗機 上用砂紙（ 120m）對涂層表面進行磨損測試后的 磨損表面形貌 。 29 圖 2， 磨料磨損測試結(jié)果 圖 3 顯示了用粗砂紙（沙子粒度為 120μ m）的兩體磨料磨損實驗機對涂層表面的形態(tài)磨損。（ a） armacor c ： 微觀 組織由 硼化鉻（ A 和 C），鐵和鎳固溶 體 （ B）， 最后凝固的 共晶（ D）組成 。中心區(qū)域周圍的硼化物隨機排列，而涂層表面附近的硼化物顆粒垂直于表面排列。 回到散射電子圖象和 X 光元素映射顯示， 圖 1 中我們看到的暗點和 硼化物亮點組成相同 相。圖片顯示的是近表面區(qū)域。 /min 的 Cu Kα靶子和 Ni 過濾器測量得到 X 射線衍射數(shù)據(jù) 。在平行于分界面或底層的三個不同位置分別測量等離子弧焊涂層硬度：距涂層頂部 處，中間位置，分界面，熱影響區(qū) (HAZ)。每個試樣的三圈磨損的平均值也做了記錄。用一個平直固定的針樣品（φ 8mm ，長 15mm）摩擦節(jié)園直徑為 30 mm 的旋轉(zhuǎn)圓盤。每轉(zhuǎn)動 3 圈平均失重達到 。 用 干砂橡膠輪 (DSRW)測試設(shè)備 [ 21 ]測量評價抗三體磨料磨損的性能。用 120 號的砂紙進行打磨 . 磨痕寬度 為 12 毫米。選用 15 毫米厚的 軸承鋼 (SUJ2)作為母材。 2 實驗步驟 涂層制備 合金粉末 armacor C 和 armacorM 被用作變質(zhì)合金，鐵－鉻－硼為基體的氣體霧化粉末在商業(yè)上已得到應(yīng)用。 Jin 等人解釋這種結(jié)晶向非晶的轉(zhuǎn)變發(fā)生在固態(tài)磨損的非晶反應(yīng)階段。 在單位載荷作用下導(dǎo)致硬度的增加，在此處會產(chǎn)生一個非晶表面層。 等離子體轉(zhuǎn)移弧焊縫堆焊過程中，其 有 兩個獨立的弧線（即 非轉(zhuǎn)移 電弧作為試點弧和轉(zhuǎn)移弧作為一項主要?。? ， 表現(xiàn)出一些 優(yōu)勢，例如 與其他 焊縫堆焊 方法相比具有低 的 稀釋和高度 的可 重復(fù)性 。磨損 。 銷 磁盤干滑動磨損試驗 中針的 磨損率是隨著磁盤硬度 的 增加 而增加 。用 銷 磁盤干滑動磨損試驗以及三體磨料和兩體磨料磨損試驗 對兩種不同堆焊層的磨損性能進行研究。 3 研究工作進度 安排 序號 時間 內(nèi)容 1 2021 年 10 月 — 12 月 查閱資料 2 2021 年 1 月 寫文獻綜述 3 2021 年 1 月 外文翻譯 4 2021 年 3 月 — 4 月 15 日 高頻堆焊試驗 ， 磨、拋光、腐蝕試樣 拍金相照片 5 2021 年 5 月 畢業(yè)論文的撰寫 6 2021 年 5 月 畢業(yè)論文的修改 7 2021 年 6 月 10 日 畢業(yè)論文的打印、裝訂 8 2021 年 6 月 11 日 畢業(yè)論文的答辯 4 參考文獻： [1] 吳振卿，張治青 . 高鉻鑄鐵復(fù)合耐 磨層耐磨性能的研究 . 鑄造設(shè)備研究 , 2021 .2 [2] 沙成斌，湯文博 ，孫玉福 ，劉榮，崔金鶴 . 熔劑對高頻熔覆耐磨覆層工藝性能的影響 . 熱加工工藝； 2021 年第 35 卷第 15 期 [3] 王娟 . 表面堆焊及熱噴涂技術(shù) . 北京：化學工業(yè)出版社 , [4] 楊威 魏建軍 黃智泉 . Fe—Cr—C 系高碳高鉻耐磨堆焊合金微觀組織分析 . 焊接學報2021 年 3 期 指導(dǎo)教師： 學 生： 2021 年 1 月 5 日 21 附件 3： 鄭州大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 )計劃進程表 （ 由 學生填寫 ） 學生姓名 楊麒 學號 20210850226 教師姓名 吳振卿 職稱 教授 題 目 高鉻鑄鐵高頻堆焊工藝及性能的研究 周 次 工 作 內(nèi) 容 18 周 910 周 1112 周 1316 周 1720 周 2122 周 查閱資料 寫文獻綜述 外文翻譯 準備材料及堆焊試樣 磨、拋光、腐蝕試樣 拍金相照片 畢業(yè)論文的撰寫 畢業(yè)論文的修改 畢業(yè)論文的答辯 畢業(yè)論文的打印、裝訂 22 附件 4： 鄭州大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 )中期檢查表 院（系）：材料科學與工程學 院 題 目 高鉻鑄鐵高頻堆焊工藝及性能的研究 導(dǎo)師姓名 吳振卿 職稱 教授 學生姓名 楊麒 學號 20210850226 專業(yè) 材料成型與控制工程 一、階段性成果 （ 1） 用高頻堆焊工藝在 Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板上復(fù)合一層高鉻鑄鐵耐磨層， 由這種工藝獲得的復(fù)合材料具有基體的強韌性和表層的耐磨性，焊層與基體間熔合良好， 熔深淺、稀釋率低，高頻堆焊工藝加熱快，效率高，易實現(xiàn)機械化生產(chǎn)。因此，在零件表面堆焊一層耐磨層是解決這一問題的重要方法，這樣即能滿足零件對韌性的要求又能使零件表面具有很好的耐磨性 。 特 色 通過采用雙金屬復(fù)合，同時滿足機械零件對韌性和耐磨性的要求。因此 ,硬質(zhì)相和基體的良好匹配能夠有效地 抵抗磨料磨損 ,從而獲得很 好 的耐磨性能。在過共晶成分的高鉻鑄鐵中，持續(xù)增加其 C、 Cr含量時硬度有所提高，但變化不大。 16 圖 7 號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 17 4 結(jié)論 （ 1）用高頻堆焊工藝在 Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板上復(fù)合一層高鉻鑄鐵耐磨層， 由這種工藝 獲得的復(fù)合材料具有基體的強韌性和表層的耐磨性，焊層與基體間熔合良好， 熔深淺、稀釋率低， 高頻堆焊工藝 加熱快，效率高，易實現(xiàn)機械化生產(chǎn) 。 碳化物含量（ %） 約為 %，一方面，由于其 Cr含量較高，降低了馬氏體 轉(zhuǎn)變溫度， Ms點較低，增加了組織中的殘余奧氏體量。 15 圖 5號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 6號試樣合金復(fù)合層碳當量 CE約為 %， 為過共晶高鉻鑄鐵，組織為過共晶組織。 圖 4號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 5號試樣復(fù)合層碳當量 CE約為 %， 為過共晶高鉻鑄鐵，組織為過共晶組織。 14 圖 3號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 4號試樣復(fù)合層 碳當量 CE約為 %， 為過共晶高鉻鑄鐵，組織為過共晶組織。 圖 2號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 3號試樣復(fù)合層碳當量 CE約為 %， 為共晶高鉻鑄鐵，組織為共晶組織。由于碳化物的數(shù)量較少且基體為奧氏體組織 。它使鋼的機械性能 ，特別是沖擊韌性和塑性有顯著降低，并提高鋼的 脆性轉(zhuǎn)折溫度，因而容易使鋼發(fā)生脆性斷裂。奧氏體晶粒越細小，越容易形成網(wǎng)狀鐵素體，而不容易形成魏氏組織。只有在較快冷卻速度和一定碳的質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)才能形成魏氏組織。在金相顯微鏡下可以觀察到 從奧氏體晶 界生長出來的近于平行的或其它規(guī)則排列的針狀鐵素體或滲碳體加珠光體組織，這種組織稱為魏氏組織。 用 洛氏 硬度計測試 堆焊層 硬度，每個試樣打 5次，讀數(shù)，去掉差別大 的數(shù)據(jù) 后，取平均值。 實驗步 驟 （ 1）母材與合金粉末的準備 以 Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 為母材，準備 7個尺寸為 20mm10mm6mm試樣，同時準備好 10 7份合金粉末，成分 質(zhì)量分數(shù) 如表 ： 表 試樣成分 (wt%) Chemical position of the experiment material(wt%) 試樣 1 2 3 4 5 6 7 C Cr Fe 其它 —— —— —— —— —— —— —— 將 7種合金粉末分別最大限度鋪在 7個試樣表面。 試驗?zāi)康?、方法及步驟 試驗?zāi)康募胺椒? 本實驗主要是采用高頻堆焊的方 法，在 Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼母材上堆焊不同成分的合金粉末，對焊后形成的亞共晶、共晶、過共晶組織進行金相分析，并測量堆焊層的硬度，由于硬度與耐磨性成正比，故可用其硬度來評價不同組織高鉻鑄鐵堆焊層的耐磨性能。硼砂和硼 酐熔劑有一個缺點：不能除去鉻、硅、鈦等的氧化物，因此在熔劑中加人氟化鈣。硼砂去除氧化膜的作用仍是基于硼酐與金屬氧化物形成易熔的硼酸鹽，但分解形成的偏硼酸鈉 能與硼酸鹽形成熔點更低的復(fù)合化合物，從而能更有效地清除氧化膜。 高頻堆焊時采用硼化物為主的熔劑，其主要成分為：硼酐、脫水硼砂、硅鈣、氟化鈣。 在焊劑加入量相同的情況下 ，焊劑活性溫度越低，強活性組分含量越高，則堆焊速度越快，稀釋度越低。 焊劑的選 用 熔劑的主要作用是清除合金粉末和基體表面的氧化膜，并起造渣作用，保護液態(tài)金屬不被氧化 。鉻與碳的比值 Cr/C，影響鑄鐵中 73MC型碳化物的相對數(shù)量。但碳質(zhì)量分數(shù)過剩時使其脆化 ,易出現(xiàn)裂紋。應(yīng)用的高鉻鑄鐵含碳量一般為 2% ~ 4%，含鉻量為 15% ~ 40%，如此高的含鉻量是因為碳、鉻原子間鍵結(jié)合強度高于碳、鐵原子鍵結(jié)合強 度。 高鉻鑄鐵成分的選取 高鉻鑄鐵的優(yōu)良抗磨能力主要 決定于其特有的組織，由于含有較多的鉻和其它的合金元素，可獲得抗磨能力優(yōu)良的組織。此外，復(fù)合材料整體需要有優(yōu)良的焊接、鉚接及沖壓等工藝性能，并有不易被氧化、腐蝕和難以生成有害表面膜等特點。選用金屬復(fù)合時需要考慮的性能包括彈性、強度、延展性和斷裂 韌性等機械性能，以及抗磨損性、抗腐蝕性或者抗高溫等物化性能。 7 2 實驗過程 高頻堆焊工藝的選擇是制備出良好試樣的關(guān)鍵，在某種程度上直接對試驗的準確性產(chǎn)生重要的影響。這有利于指導(dǎo)操作人員制定較佳的堆焊工藝參數(shù)，促進堆焊技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展與堆焊質(zhì)量的不斷提高，進而擴大堆焊工藝的應(yīng)用范圍 [12],[14]。例如，一般熱鍛模采用 5CrMnMo 或 5CrNiMo 等合金鋼整體模制造，而我國有的單位已成功應(yīng)用 45Mn2 鑄鋼作為熱鍛?；w、采用電渣堆焊合金材料來制造，從而大量節(jié)約了貴重的 Ni、 Mo 等合金元素。據(jù)統(tǒng)計，用于修復(fù)舊零件的堆焊合金占堆焊合金總量的 %。對使用溫度高、堆焊難度更大的模具，常采用鎳基過渡材料。 模具作為機械制造業(yè)的重要裝備，采用堆焊技術(shù)進行模具修復(fù)及預(yù)保護在國內(nèi)外取得了顯著的經(jīng)濟效益。 目前，軋輥堆焊在堆焊領(lǐng)域中已占有很大比重，幾乎所有的大、中型鋼廠都有軋輥堆焊能力。采用這種合金粉末堆焊的零件，增加的成本不超過原工藝的 20～ 25%，但使用壽命可以提高一倍以上。高頻感應(yīng)堆焊加熱集中，生產(chǎn)效率高，每小時可堆焊金屬 6kg 以上，并可實現(xiàn)一次堆焊單道、雙道、多道焊層，這是其他堆焊工藝所不可能相比的。高頻感應(yīng)堆焊設(shè)備與一般高頻淬火設(shè)備一樣由高頻發(fā)生器和感應(yīng)器組成。高頻堆焊時，加熱溫度略高于堆焊材料的熔化溫度，略低于基體金屬的熔化溫度。由于等離子弧溫度高、熱量集中，被加工材料不受其熔點高低的限制。這三種壓縮效應(yīng)對電弧的作用，使電弧受到強制壓縮而產(chǎn)生等離子弧。設(shè)備簡單、操作方便，并可以獲得多種成分的堆焊合金 [5]。 CO 2 氣體保護電弧堆焊成本低，但堆焊質(zhì)量差，只適合對堆焊性能要求不高的零件。非 熔化極（鎢極）惰性氣體保護氬弧堆焊的特點是保護效果好、可見度好、電弧穩(wěn)定、飛濺少。 3 氣體保護電弧堆焊 氣體保護電弧堆焊可分為很多種，主要包括鎢極氬弧堆焊、熔化極氣體保護電弧堆焊和自保護電弧堆焊。 自動埋弧堆焊比手工電弧堆焊能更有效地保護熔融金屬不受空