【導(dǎo)讀】在機械零件磨損中，磨料磨損占了很大比重。采用高頻感應(yīng)堆焊工藝在普通碳素結(jié)構(gòu)。件對韌性和耐磨性的要求。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(guān)系。亞共晶、共晶組織的高鉻鑄鐵相比，過共晶高鉻鑄鐵具有更好的抗磨料磨損性能。

　　

【正文】 （論文）成績評定表 學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院 班級： 2 姓 名 楊麒 學(xué)號 20210850226 總成績 題目 高 鉻鑄鐵高頻堆焊工藝及性能的研究 指導(dǎo)教師評語 評定成績： 簽名： 年 月 日 評 閱 人 評 語 評定成績： 簽名： 年 月 日 答 辯 小 組 評 語 答辯組成員簽名 答辯成績： 組長簽名： 年 月 日 注：設(shè)計（論文）總成績 =指導(dǎo)教師評定成績 （ 30%）＋評閱人評定成績（ 30%）＋答辯成績（ 40%） 24 外文翻譯 等離子弧表面堆焊處理后鐵基合金的磨損性能 摘要 兩 種 鐵基氣體霧化粉末，擬作為變質(zhì)合金（ armacor M 和 armacor C） ， 用等離子弧焊堆焊與材料表面 ， 隨后用 X 射線衍射，顯微電子掃描和顯微硬度方法對堆焊層性能進行測試。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。討論各種堆焊層在凝固過程中顯微組織的發(fā)展。結(jié)果表面，由于armacor M 具有更高的硬度和更多的硼化物顆粒，因此在各種 磨損測試研究中表現(xiàn)出比armacor C 更好的耐磨性。兩種堆焊層的 滑動耐磨性 具有相同的趨勢。 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 。它也表明，磨損率和摩擦系數(shù) 是外加應(yīng)力的函數(shù)。用 X 光衍 和表面磨損方法對堆焊層進行分析沒有發(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。 關(guān)鍵詞 ： 等離子轉(zhuǎn)移弧 。磨損 。非晶態(tài) 。 鐵基涂層 1 導(dǎo)言 采用高密度能源 的 堆焊技術(shù)，如電弧和激光，為了提高材料表面 的 耐磨性和耐腐蝕性已得到了廣泛的應(yīng)用 。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。 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 。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。 最近一段時間， 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。用熱噴涂或焊接 處理的表面層最初 主要是晶狀體 。 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。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)。最近利用電子顯微鏡分析方法證實這種馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生在最初的磨損表 面。當(dāng)一個方向磨損導(dǎo)致 非晶基體結(jié)合大體積分?jǐn)?shù) 沿磨損方向排列的須狀晶體，任意幾個方向上的磨損導(dǎo)致完全的非晶表面 25 層。 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。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。 這篇文章報告 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 磁盤干滑動磨損性能 。用于等離子弧表面堆焊的兩種 鐵基氣體霧化粉末 armacor M和 armacor C 以及對他們的磨損性能進行評估。 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。用比重瓶測量該種粉末的密度。其最基本的特征如表 1 所示。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。選用 15 毫米厚的 軸承鋼 (SUJ2)作為母材。用作初步研究的等離子轉(zhuǎn)移弧實驗參數(shù)如表 2 所示。經(jīng)過加工用于磨損實驗的涂層厚度約為 3mm. 26 表 2 等離子轉(zhuǎn)移弧焊實驗參數(shù) 參數(shù) 條件 間隙（ mm） 15 初始氣流（ 1/min） 載氣流（ 1/min） 4 保護氣體（ 1/min） 25 粉末供給速率（ rpm） 15 電弧電流 (A) 180 移動速率 (cm/min) 8 擺動速率 (cm/min) 90 擺動寬度（ mm） 20 預(yù)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 。在參考文獻 [19,20]中能夠看到 Sugaru磨損試驗機 的圖片。用 120 號的砂紙進行打磨 . 磨痕寬度 為 12 毫米。負載選擇 為 3 公斤 。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(dāng)于供給粉末 的密度并且在堆積層中沒有孔隙。 平均線速度 為 ， 總滑動距離為 202 米 。 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。樣品在實驗前用 800 號的砂紙打磨。用 海灘沙 來代替 渥太華標(biāo)準(zhǔn) 砂。 海灘沙子被篩至 。每轉(zhuǎn)動 3 圈平均失重達到 。 線速度 ， 總滑動距離為 8620m。實驗步驟 ，除另有說明外 ，均按照 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范程序 A 來進行測試。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。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。（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。三個小時的重量損失試驗后，探針重量最后達到 。每個試樣的三圈磨損的平均值也做了記錄。 27 涂層性能 按照一般的拋光步驟將涂層樣品進行拋光。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。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)。每層 1 毫米分為 10 份。 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)。用掃描速度為 1176。 /min 的 Cu Kα靶子和 Ni 過濾器測量得到 X 射線衍射數(shù)據(jù) 。 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 表 3 總結(jié)了等離子弧焊涂層 的基本性能。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。圖 1 顯示了 ArmacorC 和 ArmacorM 等離子弧焊涂層典型的橫截面形狀。圖片顯示的是近表面區(qū)域。用于磨損試驗的樣品經(jīng)過等離子弧雙層噴涂處理以降低與母材的稀釋率。因此，我們可以認(rèn)為磨損表面的顯微組織相當(dāng)于圖 1 所示。 組織由鑲嵌在鐵基體上的硼化物硬質(zhì)相構(gòu)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。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。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。 有意思的是 ，長條形 硼化物顆粒的排列方向是不同的。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。這很有可能是因為凝固過程中散熱方向不同造成的。 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。涂層 X 射線 衍射 光譜與以前的研究相同[16,17]. 28 圖 1，用等離子弧焊加工的涂層表面截面的電子顯微圖顯示： Armacor C 涂層中的 硼化物比 Armacor M 涂層的更細小。（ 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 。（ 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 的 結(jié)果 。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)。 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損 。 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。表面磨損形態(tài)是一種典型的兩體磨料磨損。 Armacor C 粉末涂層出現(xiàn)了大量清晰的 楔形 擦痕。從圖 2 中我們可以看出 Armacor C 粉末涂層的擦痕比 Armacor M 粉末涂層的更嚴(yán)重。 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。 (b) Armacor M. 30 從圖 2