【正文】 正如人們預(yù)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(duì)于兩種涂層來說， 兩體磨料造成的損壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三體磨料磨損 。圖 1 顯示了 ArmacorC 和 ArmacorM 等離子弧焊涂層典型的橫截面形狀。用于 磨料磨損 實(shí)驗(yàn)的樣品尺寸為 30mm 60mm 18mm (t). 滑動(dòng)磨損試驗(yàn) 在室溫（約 24℃）下 用沒有加 潤滑 油的針－磁盤磨擦計(jì)來評(píng)價(jià)樣品抗干滑動(dòng)磨損的性能。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(jī)械有限公司 進(jìn)口的手工等離子弧焊機(jī)進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)。有幾 種堆焊方法 ，但 堆焊時(shí)在實(shí)際凝固條件下他們的固態(tài)相變并不完全相同?？疾於押笇有阅苤饕菧y(cè)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(xué)成分，組 織狀態(tài)，機(jī)械性能 (主要指硬度、耐磨性 )之間的關(guān)系。 （ 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。粗大六方柱狀抗磨相的出現(xiàn)，使試樣的抵抗低應(yīng)力磨料磨損性能大大提高 [9],[10]。 魏氏組織是鋼的一種過熱缺陷組織。 （ 4） 觀察 金相和硬度測(cè)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(duì)試樣 母材、 復(fù)合界面和堆焊表面進(jìn)行 觀察并拍照。硼砂在 741℃ 熔化，在液態(tài)下分解成硼酐和偏硼酸鈉。但 Cr 元素的加入量不是越多越好，它應(yīng)與 C 元素有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系才能明顯地改善堆焊層的耐磨性，而超過適當(dāng)?shù)姆秶阅懿粫?huì)明顯提高，有時(shí)反而下降。因此，為了保證雙金屬復(fù)合材料具有良好的工作狀態(tài)，理想的復(fù)合材料表面應(yīng)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。 采用堆焊技術(shù)制造機(jī)械零件時(shí)，不僅可以發(fā)揮零件的綜合技術(shù)性能和金屬材料的工作潛力，還能節(jié)約大量 的貴重金屬。 堆焊的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景 堆焊技術(shù)作為焊接領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，就其應(yīng)用范圍而言，它廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、煤礦機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、石油化工設(shè)備、建筑 設(shè)備、電力設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備以及工具模具及金屬工件的制造與維修領(lǐng)域。 （ 3） 等離子弧具有可控性 [5] 4 高頻感應(yīng)堆焊 高頻感應(yīng)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。 熔化極氣體保護(hù)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(hù)焊工藝沒有實(shí)質(zhì)的區(qū)別。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(dòng)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。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(dòng)埋弧堆焊、氣體保護(hù)堆焊、等離子弧堆焊、電渣堆焊、高頻感應(yīng)堆焊等。 high chromium cast iron 。 目前，由磨料磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失占全部磨損的 50%以上。當(dāng)工藝參數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，易造成堆焊層合金的化學(xué)成分和性能波動(dòng)，同時(shí)不易獲得薄而均勻的堆 焊層。 自動(dòng)埋弧堆焊比手工電弧堆焊能更有效地保護(hù)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。設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，并可以獲得多種成分的堆焊合金 [5]。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。 模具作為機(jī)械制造業(yè)的重要裝備，采用堆焊技術(shù)進(jìn)行模具修復(fù)及預(yù)保護(hù)在國內(nèi)外取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。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(jìn)堆焊技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展與堆焊質(zhì)量的不斷提高，進(jìn)而擴(kuò)大堆焊工藝的應(yīng)用范圍 [12],[14]。 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。 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(hù)液態(tài)金屬不被氧化 。硼砂和硼 酐熔劑有一個(gè)缺點(diǎn)：不能除去鉻、硅、鈦等的氧化物，因此在熔劑中加人氟化鈣。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。由于碳化物的數(shù)量較少且基體為奧氏體組織 。 15 圖 5號(hào)試樣的金相組織 Metallographic structure of sample 6號(hào)試樣合金復(fù)合層碳當(dāng)量 CE約為 %， 為過共晶高鉻鑄鐵，組織為過共晶組織。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。用 銷 磁盤干滑動(dòng)磨損試驗(yàn)以及三體磨料和兩體磨料磨損試驗(yàn) 對(duì)兩種不同堆焊層的磨損性能進(jìn)行研究。 在單位載荷作用下導(dǎo)致硬度的增加，在此處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非晶表面層。用 120 號(hào)的砂紙進(jìn)行打磨 . 磨痕寬度 為 12 毫米。每個(gè)試樣的三圈磨損的平均值也做了記錄。 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(diǎn)和 硼化物亮點(diǎn)組成相同 相。 圖 3，顯示了在兩 體磨料磨損 試驗(yàn)機(jī) 上用砂紙（ 120m）對(duì)涂層表面進(jìn)行磨損測(cè)試后的 磨損表面形貌 。 X 射線衍射圖案表明有 Cr2B 和 硼化物存在，同時(shí)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。 用光學(xué)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)。用 海灘沙 來代替 渥太華標(biāo)準(zhǔn) 砂。 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 。用 X 光衍 和表面磨損方法對(duì)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。 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(hào) 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。 因此從宏觀上提高復(fù)合層的韌性，降低復(fù)合層的硬度。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。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。用于堆焊層合金化的合金粉末有鉻鐵粉、鐵粉，焊后對(duì)試樣組織進(jìn)行分析。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。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。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(cè)試實(shí)驗(yàn)的研究來檢測(cè)復(fù)合層耐磨性。 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。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。 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。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。獲得的堆焊層薄，表面平滑美觀、質(zhì)量良好。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)。 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(hào)： 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。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(duì)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。堆焊時(shí)熔深淺、母材熔化量少。 鎢極氬弧堆焊與鎢極氬弧焊實(shí)質(zhì)相同。不同應(yīng)用條件下對(duì)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。 （ 3） 堆焊合金粉末成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。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。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。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。焊劑性質(zhì)對(duì)熔焊過程的這種影響，主要是由其脫氧能力決定的。 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。對(duì)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。 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。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。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(jiǎn)單實(shí)用。它也表明，磨損率和摩擦系數(shù) 是外加應(yīng)力的函數(shù)。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。樣品在實(shí)驗(yàn)前用 800 號(hào)的砂紙打磨。每層 1 毫米分為 10 份。這很有可能是因?yàn)槟踢^程中散熱方向不同造成的。 (a) Armacor C。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。 27 涂層性能 按照一般的拋光步驟將涂層樣品進(jìn)行拋光。負(fù)載選擇 為 3 公斤 。這種表