【正文】 90 擺動寬度（ mm） 20 預熱溫度（℃） 300 磨料磨損試驗 用 Sugaru 磨損試驗機進行兩體磨料磨損試驗 。用 海灘沙 來代替 渥太華標準 砂。（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構。因此，我們可以認為磨損表面的顯微組織相當于圖 1 所示。 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。 Armacor C 粉末涂層出現(xiàn)了大量清晰的 楔形 擦痕。 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 。（ 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 。 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。 /min 的 Cu Kα靶子和 Ni 過濾器測量得到 X 射線衍射數(shù)據(jù) 。每個試樣的三圈磨損的平均值也做了記錄。每轉動 3 圈平均失重達到 。用 120 號的砂紙進行打磨 . 磨痕寬度 為 12 毫米。 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)上已得到應用。 在單位載荷作用下導致硬度的增加，在此處會產(chǎn)生一個非晶表面層。磨損 。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。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 。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。 16 圖 7 號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 17 4 結論 （ 1）用高頻堆焊工藝在 Q235 普通碳素結構鋼鋼板上復合一層高鉻鑄鐵耐磨層， 由這種工藝 獲得的復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) 。 15 圖 5號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 6號試樣合金復合層碳當量 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號試樣復合層 碳當量 CE約為 %， 為過共晶高鉻鑄鐵，組織為過共晶組織。由于碳化物的數(shù)量較少且基體為奧氏體組織 。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。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。 實驗步 驟 （ 1）母材與合金粉末的準備 以 Q235普通碳素結構鋼 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。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。 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。 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 。但碳質(zhì)量分數(shù)過剩時使其脆化 ,易出現(xiàn)裂紋。 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。選用金屬復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。這有利于指導操作人員制定較佳的堆焊工藝參數(shù)，促進堆焊技術的繼續(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用范圍 [12],[14]。據(jù)統(tǒng)計，用于修復舊零件的堆焊合金占堆焊合金總量的 %。 模具作為機械制造業(yè)的重要裝備，采用堆焊技術進行模具修復及預保護在國內(nèi)外取得了顯著的經(jīng)濟效益。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。高頻感應堆焊設備與一般高頻淬火設備一樣由高頻發(fā)生器和感應器組成。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。設備簡單、操作方便，并可以獲得多種成分的堆焊合金 [5]。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。 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氣影響，提高堆焊金屬的質(zhì)量，并且生產(chǎn)率比手工電弧堆焊高得多。 自動埋弧堆焊 自動埋弧堆焊是利用埋弧焊的方法在零件表面堆敷一層有特殊性能的金屬材料的工藝過程。當工藝參數(shù)不穩(wěn)定時，易造成堆焊層合金的化學成分和性能波動，同時不易獲得薄而均勻的堆 焊層。 而堆焊正是解決這些問題提高機械零部件表面性能的一種重要方法 [5],[12]。 目前，由磨料磨損所造成的經(jīng)濟損失占全部磨損的 50%以上。本文 主要 對 亞共晶、共晶、過共晶 高鉻鑄鐵 組織 進行金相分析，并測量堆焊層 的硬度 ，研究分析了不同的高鉻鑄鐵組織與耐磨性的關系。 high chromium cast iron 。因此，研究高性能的抗磨材料堆焊于機械及零部件表面，提高設備的使用壽命，對減少停機和維修，充分發(fā)揮材料性能節(jié)約用材，提高產(chǎn)量，增加效益，都有重大意義。生產(chǎn)中采用的堆焊方法很多，有手工 電弧堆焊、氧 乙炔焰堆焊、自動埋弧堆焊、氣體保護堆焊、等離子弧堆焊、電渣堆焊、高頻感應堆焊等。但堆焊層數(shù)較多時，易導致開裂和剝離，為此常對工件采取預熱和緩冷措施，預熱溫度由堆焊部位的剛性等因素確定。但為了增加熔敷率，降低母材稀釋率，二者之間也存在差別，即自動埋弧堆焊希望在不降低生產(chǎn)率的條件下獲 得最小的溶深。埋弧堆焊需焊劑覆蓋，只能在水平位置堆焊，適用于形狀規(guī)則且堆焊面積大的焊接件 [5]。 熔化極氣體保護電弧堆焊用的氣體有 CO2 、 Ar 及混合氣體，和一般熔化極氣體保護焊工藝沒有實質(zhì)的區(qū)別。等離子弧具有熱壓縮效應、機械壓縮效應、和電磁壓縮效應的特點。 （ 3） 等離子弧具有可控性 [5] 4 高頻感應堆焊 高頻感應堆焊是靠高頻電流加熱熔化堆焊材料而形成堆焊層的方法。 高頻感應堆焊以其顯著的 工藝特點引起國內(nèi)外的普遍重視與發(fā)展： （ 1） 熔深淺、稀釋率低，以滿足零件對特殊性能的要求 . （ 2） 加熱快，效率高，易實現(xiàn)機械化生產(chǎn)。 堆焊的應用現(xiàn)狀及前景 堆焊技術作為焊接領域中的一個重要分支，就其應用范圍而言，它廣泛應用于汽車、拖拉機、冶金機械、礦山機械、煤礦機械、動力機械、石油化工設備、建筑 設備、電力設備、運輸設備以及工具模具及金屬工件的制造與維修領域。同時，國外開發(fā)的具有 這種功能的過渡層材料有瑞士的 ToTIG690、英國的 METROD309S92以及日本的 DW309L 等。 采用堆焊技術制造機械零件時，不僅可以發(fā)揮零件的綜合技術性能和金屬材料的工作潛力，還能節(jié)約大量 的貴重金屬?？疾於押笇有阅苤饕菧y試其硬度 ，通過不同的組織狀態(tài) :亞共晶、共晶和過共晶的耐磨性比較，分析 化學成分，組織狀態(tài)，機械性能 (主要指硬度 、 耐磨性 )之間的關系。因此，為了保證雙金屬復合材料具有良好的工作狀態(tài)，理想的復合材料表面應具備高的耐磨損、耐腐蝕性能，而基體材料必須具有良好的韌性和塑性。高 8 鉻鑄鐵中碳、鉻是決定組織中碳化物數(shù)量和形態(tài)的最主要因素，同時其含量對基體組織也有相當?shù)挠绊憽５? Cr 元素的加入量不是越多越好，它應與 C 元素有適當?shù)谋壤P系才能明顯地改善堆焊層的耐磨性，而超過適當?shù)姆秶阅懿粫黠@提高，有時反而下降?？梢姟⒑竸辖鸱勰拥娜刍^程有著顯著的影響。硼砂在 741℃ 熔化，在液態(tài)下分解成硼酐和偏硼酸鈉。熔劑中加人少量硅鈣的目的是進一步增加脫氧效果 [2],[6]。 （ 4） 觀察 金相和硬度測試 試樣 烘干后 ，在 OLYMPUS BH2金相顯微鏡采集系統(tǒng) 上，分別以 100倍、 200倍、 500倍 分別 對試樣 母材、 復合界面和堆焊表面進行 觀察并拍照。 魏氏組織的形成與鋼中含碳量、奧氏體晶粒大小、及冷卻速度有關。 魏氏組織是鋼的一種過熱缺陷組織。 Cr/C約為 9，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，碳化物含量（ %）為 %，與 1號試樣相比，由于共晶碳化物數(shù)量增加，因此硬度提高， HRC為 ，碳化物數(shù)量增加后，高硬抗磨骨架相增多，所以 2號試樣的耐磨性較 1號試樣有所提高 [1],[3]。粗大六方柱狀抗磨相的出現(xiàn)，使試樣的抵抗低應力磨料磨損性能大大提高 [9],[10]。 圖 6號試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 7號試樣合金復合層碳當量 CE為 %， 為過共晶高鉻鑄鐵，組織為過共晶組織。 （ 3）過共晶高鉻鑄鐵具有很好的抗磨料磨損性能 ，與共晶高鉻鑄鐵相比其硬度有顯著提高。在畢業(yè)設計期間要求提高動手能力和實驗分析能力。考察堆焊層性能主要是測試其硬度，通過不同的組織狀態(tài) :亞共晶、共晶和過共晶的耐磨性比較，分析化學成分，組 織狀態(tài)，機械性能 (主要指硬度、耐磨性 )之間的關系。兩種堆焊層的 滑動耐磨性 具有相同的趨勢。有幾 種堆焊方法 ，但 堆焊時在實際凝固條件下他們的固態(tài)相變并不完全相同。當一個方向磨損導致 非晶基體結合大體積分數(shù) 沿磨損方向排列的須狀晶體，任意幾個方向上的磨損導致完全的非晶表面 25 層。我們可以得到 armacor C 粉末的初始相是γ F e,而 armacor M 的是α Fe. 表 1 原料粉末的性能 Armacor C Armacor M 成分（ wt%） Fe: Fe: Cr:30～ 32 Cr: Ni:17～ 19 B: Mo:～ Si:2 B:～ Si:最高為 Cu:～ Si:～ Co:～ 11 形狀 球形 球形 金相組織 γ F e Cr2B α Fe 尺寸（μ m） 106～ 180 106～ 180 密度（ g/cm） 使用從日本 松本機械有限公司 進口的手工等離子弧焊機進行焊接實驗。 平均線速度 為 ， 總滑動距離為 202 米 。用于 磨料磨損 實驗的樣品尺寸為 30mm 60mm 18mm (t). 滑動磨損試驗 在室溫（約 24℃）下 用沒有加 潤滑 油的針－磁盤磨擦計來評價樣品抗干滑動磨損的性能。 用常規(guī)的顯微硬度測試機測量涂層的硬度數(shù)據(jù)，在涂層表面磨損截面上加載 5kg 的力。圖 1 顯示了 ArmacorC 和 ArmacorM 等離子弧焊涂層典型的橫截面形狀。 有意思的是 ，長條形 硼化物顆粒的排列方向是不同的。 正如人們預料的， Armacor M 粉末涂層抗 兩體和三體磨料 磨損的性能都高于 Armacor C 涂層 .對于兩種涂層來說， 兩體磨料造成的損壞遠遠高于三體磨料磨