【正文】 性能。討論各種堆焊層在凝固過程中顯微組織的發(fā)展。非晶態(tài) 。這種表層結(jié)構(gòu)只有幾納米厚并且引起了低的摩擦系數(shù)。用比重瓶測量該種粉末的密度。負(fù)載選擇 為 3 公斤 。 線速度 ， 總滑動(dòng)距離為 8620m。 27 涂層性能 按照一般的拋光步驟將涂層樣品進(jìn)行拋光。 表 3 等離子轉(zhuǎn)移弧焊涂層性能 樣本 稀釋率（％） 表面硬度 復(fù)合面硬度 基體硬度 熱影響區(qū)硬 度 Armacor C 7 571（ 501～ 650） 508 (481– 544) 449 (410– 484) 504 (457– 534) Armacor M 11 785 (699– 864) 814 (711– 960) 704 (634– 781) 428 (401– 440) 3 結(jié)果與討論 微觀結(jié)構(gòu)評價(jià) 表 3 總結(jié)了等離子弧焊涂層 的基本性能。那也就是說， Armacor C 粉末涂層顯微結(jié)構(gòu)由 鉻硼化物（ A 和 C） ，鐵和鎳固溶 體 （ B ） ，及 最后凝固的 共晶（ D） 組成。（ b） Armacor M: 微觀 組織由 硼化鉻（ A 和 C），鐵和鉻固溶體 (C)組成 . 磨料磨損性能 圖 2 顯示 了兩種涂層 磨料磨損試驗(yàn) 的 結(jié)果 。 (a) Armacor C。表面磨損形態(tài)是一種典型的兩體磨料磨損。這很有可能是因?yàn)槟踢^程中散熱方向不同造成的。用于磨損試驗(yàn)的樣品經(jīng)過等離子弧雙層噴涂處理以降低與母材的稀釋率。每層 1 毫米分為 10 份。等離子弧表面焊接后用電極放電切割將帶有等離子弧焊堆積物的針切割成合適長度的磨損試樣。樣品在實(shí)驗(yàn)前用 800 號的砂紙打磨。用作初步研究的等離子轉(zhuǎn)移弧實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表 2 所示。但是，變質(zhì)合金層的耐磨性更多的依賴于合金層的硬度和顯微組織，而不是非晶表面結(jié)構(gòu)的形成。所以將其 應(yīng)用于本次調(diào)查研究 中以并學(xué)習(xí)堆焊層的 性能。它也表明，磨損率和摩擦系數(shù) 是外加應(yīng)力的函數(shù)。 堆焊金屬性能穩(wěn)定， 復(fù)合工藝簡單實(shí)用 （ 2） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與亞共晶和共晶成分的高鉻鑄鐵相比，過共晶高鉻鑄鐵耐磨復(fù)合層具有較好的耐磨料磨 損和較好的工藝性能 二、存在問題及解決辦法 實(shí)驗(yàn)室的腐蝕劑不適合本試樣。在復(fù)合層堆焊過程中采用高頻堆焊工藝， 熔深淺、稀釋率低，加熱快，效率高， 工藝簡單實(shí)用。 （ 4）堆焊層中，馬氏體、奧氏體基體上分布有大量的碳化物硬質(zhì)相，其組織構(gòu)成具有優(yōu) 異的耐磨損性與抗裂性。另一方面，由于碳化物含量增加，提高了組織的致密度，使硬度增加。 碳化物含量（ %） 為 %， 其組織為初生柱狀 73MC碳化物 +共晶碳化物 +(馬氏體 +奧氏體 )基體。 碳化物含量約為 %， Cr/C約為 9，淬透性較大， 基體組織為少量馬氏體十奧氏體。 12 圖 魏氏組織 widmanstaten structure 復(fù)合層化學(xué)成分和硬度關(guān)系的分析 測量 1～ 7 號試樣的硬度，結(jié)果如表 所示 表 試樣硬度值 Hardness of samples 試樣序號 1 2 3 4 5 6 7 化學(xué)成分 （ wc%） C Cr 硬度（ HRC） 針對 表 1中復(fù)合層的化學(xué)成分和硬度 ，進(jìn)行如下的分析 : 1號試樣合金復(fù)合層碳當(dāng)量 CE=w(C)+0． 05［ w(Cr)］ =%+*16%=%， 為亞共晶高鉻鑄鐵，組織為 亞共晶組織 。對于亞共析鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，奧氏體晶粒越細(xì)，形成魏氏組織的上限溫度 越低，即在較大過冷度下才能形成魏氏組織。 11 3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與 討論 母 材組織分析 從 圖 中可以看到 ，常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235（含碳量為 ～ %）母材在高頻感應(yīng)加熱后空冷情況下，母材中出現(xiàn)魏氏組織。 本實(shí)驗(yàn)過程需要 7 種試樣，分別堆焊 7 種不同成分的合金粉末，堆焊試驗(yàn)在 Q235 基體上進(jìn)行，焊前清理試件，去除基體表面的鐵銹、油脂等污染物。因此硼砂 除去氧化膜的能力比硼酐強(qiáng)，但硼砂的熔點(diǎn)比較高，且在 800℃ 以下粘度較大，流動(dòng)性不好。焊劑性質(zhì)對熔焊過程的這種影響，主要是由其脫氧能力決定的。一般 Cr/C 大于 5 就能獲得大部分的73MC型碳化物；同時(shí)鉻碳比越高，鑄鐵的淬透性也增加。隨著鉻溶入量增加，碳化物的硬度相應(yīng)提高，抗磨性能也提高。 母材的選取 本文中所研究的是高鉻鑄鐵的高頻堆焊（篩板），高鉻鑄鐵為耐磨材料，脆性高，廣泛應(yīng)用與礦山機(jī)械等很多場合，因此母材不僅要能與高鉻鑄鐵有良好的冶金結(jié)合，而且能降低復(fù)合后工件的脆性，避免零件在工作過程中的脆性斷裂。本章介紹了高鉻鑄鐵和碳鋼不同質(zhì)量比的實(shí)驗(yàn)過程。又如，我國成功采用了高頻堆焊農(nóng)機(jī)犁鏵，從而使農(nóng)機(jī)具的生產(chǎn)邁進(jìn)了一大步。國內(nèi)在堆焊基體為 5CrMnMo、 5CrNiMo、 3Cr2W8 的鍛模時(shí)，常采用 10Mn2 和 08Mn2Si等材料作為過渡層。許多科研單位、焊接材料公司等都在致力于研究生產(chǎn)有關(guān)軋輥堆焊的材料、設(shè)備和工藝。 （ 3） 堆焊合金粉末成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。這樣既可以使零件的受熱小，變形小，又能使堆焊合金與基體金屬 獲得良好的冶金結(jié)合。不同應(yīng)用條件下對等離子弧的性能有不同的要求，可以通過噴嘴結(jié)構(gòu)、離子氣種類和流量的選擇以及電能的輸入條件加以控制。 CO 2 氣體保護(hù)電弧堆焊的主要優(yōu)點(diǎn)是：堆焊時(shí)對工件表面的油銹不敏感，堆焊層質(zhì)量穩(wěn)定，堆焊層硬度高，生產(chǎn)效率高且成本低，不需要清渣， CO2 氣體容易供應(yīng)等。 鎢極氬弧堆焊與鎢極氬弧焊實(shí)質(zhì)相同。為了保護(hù)熔融金屬免受周圍空氣的影響、保存堆焊電弧的熱量和防止金屬飛濺，一般采用細(xì)顆粒狀焊劑覆蓋在堆焊區(qū)上。堆焊時(shí)熔深淺、母材熔化量少。 2 手工電弧堆焊 手工電弧堆焊與一般手工電弧焊的特點(diǎn)基本相同，設(shè)備簡單、使用可靠、操作方便靈活、成本低適宜于現(xiàn)場堆焊，可以在任何位置焊接，特別是能通過堆焊焊條獲得滿意的堆焊合金。在礦山、水泥等工業(yè)領(lǐng)域中，有許多抵抗磨粒磨損的工件都采用高硬度的鉻系合金白口鑄鐵，然而其中部分易損件要求與設(shè)備的某些部位裝配一起，需要對其非工作面 進(jìn)行機(jī)械加工，在這些情況下整體用高硬度材質(zhì)就難以滿足要求。 統(tǒng)計(jì)資料表明 :在失效的機(jī)械零件中 ,大約有 75%～ 80%是屬于磨損。 i 鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 高鉻鑄鐵高頻堆焊工藝及性能的研究 Research on Property of High Chromium Cast Iron Produced with Highfrequency Compounding 指導(dǎo)教師： XXX 職稱： 教授 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 院（系） ： 材料科學(xué)與工程 學(xué)院 完成時(shí)間： 2021 年 5 月 30 日 ii 摘 要 在機(jī)械零件磨損中，磨料磨損占了很大比重。供給機(jī)器的能量大約 30%～ 50%消耗于摩擦和磨損過程中。還有一些易損件只要求特定的部位磨損到一定的尺寸后就失效報(bào)廢，整體采用高硬度的耐磨材料就顯得極不經(jīng)濟(jì)。因此手工電弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一。獲得的堆焊層薄，表面平滑美觀、質(zhì)量良好。堆焊電弧使顆粒狀焊劑部分熔化，維持堆焊電弧在熔融焊劑所形成的彈性外殼的空間中燃燒。采用惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體，焊接過程中基體金屬與填充金屬中的合金元素不易氧化燒損。缺點(diǎn)是：堆焊時(shí)飛濺大、合金元素?zé)龘p嚴(yán)重。 等離子弧堆焊具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 等離子弧溫度高、熱量集中 等離子弧具有壓縮作用，中心溫度可達(dá) 16000～ 32021K。高頻感應(yīng)堆焊層的厚度為 ～ 3mm，并且具有操作簡單、熔深淺，生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)械零件的耐磨場合得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，高頻感應(yīng)堆焊合金粉末多為硬度高、耐磨性好的高鉻鑄鐵型抗磨材料，既可以采用國產(chǎn)定型堆焊粉末，也可以自行生產(chǎn)機(jī)械粉碎混合型堆焊合金粉末。僅現(xiàn)有的用于軋輥堆焊的材料就有幾十種。 隨著堆焊技術(shù)的進(jìn)步和堆焊材料的開發(fā)應(yīng)用，采用馬氏體鋼堆焊絲材、 CrNiWMoNb 堆焊合金作為表面工作層，修復(fù)壓鑄模，可以大大提高其耐熱疲勞性，使用壽命延長；修復(fù)斷裂模具，可保證足夠的力學(xué)性能；在塑料成型模具上進(jìn)行堆焊，可 以獲得具有良好耐蝕、耐磨和優(yōu)異的鏡面加工性能。因此，合理的采用并推廣堆焊技術(shù)具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。試樣制備后將通過金相顯微鏡觀察界面組織，并通過硬度測試實(shí)驗(yàn)的研究來檢測復(fù)合層耐磨性。如果為了保證零件的韌性而采用低碳鋼，則由于其強(qiáng)度、硬度太低而使得其使用壽命非常短，但其韌性特別好，用作母材是完全合適的，且價(jià)格便宜。凝固后組織中高硬度碳化物基本上是以孤立的條塊狀形態(tài)存在，使得基體的連續(xù)性增加，因而整體材料的韌性顯著提高。 高硬度的碳化物要與硬的基體相配合才能表現(xiàn)出高的耐磨性 .軟基體不能給碳化物提供支撐 ,碳化物在磨損時(shí)易受剪力而折斷 ,難以發(fā)揮抵抗磨損的作用 .高鉻白口鑄鐵中各基體的顯微硬度為 :鐵素體 70～200HV ，珠光體 300～ 460HV，奧氏體 300～ 600HV,馬氏體 500～ 件下，基體不同時(shí)的磨損情況不同，馬氏體的硬度最高，其磨料磨損抗力也最好，所以一般希望得到馬氏體基體 [4],[7],[8]。焊劑 9 活性溫度越低，則粉末層導(dǎo)通越早，加熱和升溫速度也越高，因此開始熔化的時(shí)間越短。為了解決這個(gè)矛盾，采用硼砂和硼酐的混合物的熔劑。用于堆焊層合金化的合金粉末有鉻鐵粉、鐵粉，焊后對試樣組織進(jìn)行分析。因?yàn)槟覆募訜釡囟雀?，熱影響區(qū)奧氏體晶粒粗大，且焊后空冷、冷卻速度大，所以容易出現(xiàn)魏氏組織。當(dāng)亞共析鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 %時(shí)，由于碳含量高，形成微碳區(qū)的幾率很小，故魏氏組織難以形成。 由于 Cr/C為 8大于 7且含鉻量大于 15%，因此 大 部分 共晶碳化物形態(tài)為斷續(xù)網(wǎng)狀的 73MC型共晶碳化 物。由于碳化物數(shù)量增加后，高硬抗磨骨架相增多，基體軟相奧氏體相的數(shù)量減少，且基體中有一定數(shù)量的馬氏體。與 4號試樣相比， 其初生柱狀 73MC型碳化物 增 加。 因此從宏觀上提高復(fù)合層的韌性，降低復(fù)合層的硬度。高鉻鑄鐵中的硬質(zhì)相是碳化物 ( ) 7C3 ,其晶體呈粗大六角長棒狀立體形態(tài) ,碳化物晶體存在不同生長缺陷而不能結(jié)晶成規(guī)則的六角晶體外形。 成果 形式 論文 成果 價(jià)值 科 室 審 題 意 見 負(fù)責(zé)人簽字 : 年 月 日 學(xué) 院 審 批 意 見 主管院長簽字 : 年 月 日 20 附件 2 鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開題報(bào)告表 院（系）： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 類別：論文 課題名稱 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(xué)生姓名 楊麒 學(xué) 號 20210850226 專業(yè) 材料成型與控制工程 開題報(bào)告內(nèi)容： 1 選題依據(jù)及目的 目前 ,機(jī)械零件大多數(shù)是用金屬材料制造的 ,在使用過程中會(huì)發(fā)生磨損。解決辦法：自己配制合適的腐蝕劑 。用 X 光衍 和表面磨損方法對堆焊層進(jìn)行分析沒有發(fā)現(xiàn)大量的 非晶相 表明在磨損過程中 結(jié)晶 非晶 轉(zhuǎn)化階段沒有發(fā)生。 最近一段時(shí)間， 用 變質(zhì)改造 技術(shù)生產(chǎn)的非晶表面 層產(chǎn)品已經(jīng) 商業(yè)化。 這篇文章報(bào)告 了 所謂的經(jīng)過等離子弧焊加工的變質(zhì)合金層的性能，磨料磨損， 針 磁盤干滑動(dòng)磨損性能 。經(jīng)過加工用于磨損實(shí)驗(yàn)的涂層厚度約為 3mm. 26 表 2 等離子轉(zhuǎn)移弧焊實(shí)驗(yàn)參數(shù) 參數(shù) 條件 間隙（ mm） 15 初始?xì)饬鳎?1/min） 載氣流（ 1/min） 4 保護(hù)氣體（ 1/min） 25 粉末供給速率（ rpm） 15 電弧電流 (A) 180 移動(dòng)速率 (cm/min) 8 擺動(dòng)速率 (cm/min)