TiC对亚共晶高铬铸铁堆焊合金组织及磨损性能的影响

农机触土部件在作业过程中会受到土壤中沙石、杂草、植物的秸秆、根茬及其他有机质物体的磨损和冲击,极易发生失效报废。为解决农机触土部件耐磨性差、使用寿命短等问题,采用药芯焊丝电弧焊的方法在Q235钢基体上进行堆焊,制备含TiC的亚共晶高铬铸铁堆焊耐磨层。通过金相显微镜、洛氏硬度计、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机和自制叶轮-滚筒冲击磨损试验装置,分析原位合成TiC和粉芯中直接添加TiC两种方法对亚共晶高铬铸铁堆焊合金微观组织、硬度、抗磨粒磨损性能及抗冲击磨损性能的影响。结果表明:耐磨堆焊合金主要由γ-Fe、α-Fe、M_(7)C_(3)和TiC组成,TiC的加入细化了组织中的先析出奥氏体,使得堆焊层宏观硬度增加,磨粒磨损后共晶碳化物的开裂和剥落现象减少,冲击磨损表面材料的脱落减少,磨损失重降低。TiC可以显著提高堆焊合金的抗磨粒磨损性能和抗冲击磨损性能,其中原位合成方式添加TiC的堆焊层性能更加优异,可为TiC在农机触土部件耐磨涂层中的研究和应用提供参考。

Ce变质处理对含硼过共晶高铬铸铁组织与性能的影响

采用金属型分别铸造Ce变质处理前、后过共晶高铬铸铁,提高其耐磨性。借助于OM、SEM、XRD、硬度计和磨损试验机等仪器设备研究分析了Ce变质前、后过共晶高铬铸铁组织与性能。结果表明:变质处理前、后过共晶高铬铸铁组织均由初生M_(7)C_(3)+共晶M_(7)C_(3)+奥氏体+马氏体组成。与变质前相比,变质后初生M_(7)C_(3)的形貌由长六边形转变为圆整的六边形,尺寸减小了44.9%,体积分数增大了30.2%。铸铁的洛氏硬度、冲击韧性和抗弯强度分别提高了5.0%、43.4%和39.2%,磨损失重减少了50.7%。Ce的化合物Ce_(2)O_(2)S作为M_(7)C_(3)异质形核核心的有效性是中等的,Ce对夹杂物有球化、净化作用。细化了的初生碳化物与基体相互保护,提高了铸铁表面耐磨性。变质前铸铁的磨损机制以微切削为主,断裂脱落为辅,变质后铸铁的磨损机制变为以微切削为主。

倾斜板角度对亚共晶高铬铸铁半固态组织的影响

采用倾斜板冷却体法对亚共晶高铬铸铁进行半固态成形,研究了倾斜板角度对亚共晶高铬铸铁半固态组织的影响规律。结果表明:倾斜板角度过大或过小都将使得组织中的初生奥氏体较粗大、圆整度较小。当倾斜板角度较小时,金属液的流速相对较慢,枝晶与枝晶和枝晶与金属液间的冲刷、碰撞、剪切作用较小,晶粒易于长大,导致枝晶状初生奥氏体比较多。当倾斜板角度较大时,金属液流速相对较快,金属液在倾斜板上流动的时间相对较短,枝晶间以及枝晶与金属液间的冲刷、碰撞、剪切作用时间相对较短,导致枝晶状初生奥氏体也比较多。当倾斜板角度为45°时,制备的亚共晶高铬铸铁初生奥氏体的尺寸最小,圆整度最高。

半固态过共晶高铬铸铁的制备及组织定量分析

为改善过共晶高铬铸铁组织中粗大初生碳化物的形貌 ,采用冷却体法制备了碳化物明显细化、圆整的半固态坯料。通过分别改变浇注温度、冷却体斜度获得六组不同半固态浆料温度的凝固组织 ,并借助Leica图像分析仪分别定量分析了初生碳化物的形状系数和等效直径变化特征。研究表明 :采用本方法可明显改善碳化物的形象 。

倾斜板长度对过共晶高铬铸铁半固态组织的影响

用倾斜板冷却体法制备过共晶高铬铸铁浆料,研究倾斜板长度对过共晶高铬铸铁半固态组织的影响。结果表明,倾斜板长度能够影响过共晶高铬铸铁半固态组织,板长小于300mm时初生碳化物以形核和定向长大为主;300～900mm时以初生碳化物相互碰撞产生撕裂、折断及尖角熔化而变得细小圆整为主;大于900mm时以初生碳化物合并粘连为主。板长为900mm左右时可得到细小、圆整、弥散分布的初生碳化物组织。

半固态过共晶高铬铸铁的冲击及磨损性能研究

通过倾斜冷却体法制备了组织中初生碳化物明显细化的半固态过共晶高铬铸铁,其冲击韧性值较常规过共晶高铬铸铁试样提高了大约1倍以上;以常规亚共晶高铬铸铁为标样进行三体磨料磨损试验,结果表明半固态过共晶高铬铸铁与常规过共晶高铬铸铁的相对耐磨性分别比亚共晶高铬铸铁提高了32%和49%.对半固态过共晶高铬铸铁试样的微观分析表明,组织中存在大量的缩松,这对于半固态高铬铸铁韧性、硬度及耐磨性的提高产生了不利的影响,减少或消除缩松对于进一步提高半固态过共晶高铬铸铁的性能具有重要意义.

重熔时间对半固态过共晶高铬铸铁初生相的影响

为考察触变重熔时间对初生碳化物形貌的影响,对Cr17过共晶高铬铸铁半固态坯料在1 270 ℃进行了部分重熔,重熔时间分别为5、15、25和30 min,并借助Leica图像分析仪分别定量描述了碳化物形状因子及粒度因子的变化规律.研究表明:碳化物形貌的演化过程包括3个阶段,即熔断阶段、球化和细化阶段及合并长大阶段;碳化物演化过程是溶质原子扩散和相界面张力共同作用的结果,且分别在触变重熔初期和中后期占主导地位;在1 270 ℃部分重熔15 min,可获得理想的重熔组织.

半固态亚共晶高铬铸铁重熔时先共晶相的演变

对倾斜板法制备的亚共晶高铬铸铁半固态坯料在1300℃进行加热保温,借助Leica图像分析仪对保温过程中先共晶奥氏体的演变规律进行了研究。结果表明,晶粒球化和合并长大为保温过程中奥氏体形态演变的主要形式,两者交替发生,球化和合并长大所需的时间随着保温过程的进行而延长。同时,合并长大而恶化也随着保温过程的进行而越发显著。保温15.0min时,晶粒形状系数为0.86,平均等效直径为78.8μm;保温60.0min时,晶粒形状系数为0.70,平均等效直径为104.1μm。

脉冲电流处理对过共晶高铬铸铁凝固组织的影响

采用光学显微镜、XRD等手段研究了脉冲电流处理对过共晶高铬铸铁凝固过程中初生碳化物的尺寸、形态和种类的影响。结果表明：脉冲电流能够细化过共晶高铬铸铁中初生碳化物和共晶碳化物,初生碳化物由长杆状转化成规则的块状。不同温度区间内脉冲电流对初生碳化物影响效果不同,合金液相线以上（1360~1337℃）脉冲电流处理更有利于细化初生碳化物,细化效果最好,凝固全过程处理次之（1360~1276℃）,液固区间处理效果最差（1337~1276℃）。

过共晶高铬铸铁半固态成形组织和性能

用不同结构的铸型对过共晶高铬铸铁进行半固态成形,研究铸型结构和成形工艺对成形件内部质量、显微组织和性能的影响。结果表明,改进铸型结构和充型方式能够有效减少甚至消除成形件内部宏观缺陷,细化、球化初生碳化物组织,提高冲击韧性和抗冲击磨料磨损性能。

挤压力对过共晶高铬铸铁半固态挤压件内部质量的影响

采用倾斜板式流变挤压成形工艺制备过共晶高铬铸铁半固态挤压件,重点研究了挤压力对半固态挤压件内部质量的影响。结果表明,挤压力较小时,挤压件内部易形成较大的缩孔、缩松,其初生M7C3型碳化物不易长大,平均横截面直径较小;挤压力较大时,挤压件内部形成缩孔、缩松的几率大大减小,但其初生M7C3型碳化物易于长大,平均横截面直径较大,对挤压件的性能影响较大。挤压力为20MPa左右可制备出性能较优异、内部质量较好的半固态挤压件。

不同倾斜板凹槽半径条件下的亚共晶高铬铸铁组织

采用自制的倾斜板制备了亚共晶高铬铸铁半固态浆料,通过观察倾斜板凹槽半径为100mm和400mm两种条件下形成的先共晶奥氏体的形貌,就倾斜板凹槽半径对先共晶奥氏体的影响进行了初步探讨。结果表明,凹槽半径为400mm与凹槽半径为100mm时相比,先共晶奥氏体颗粒的平均形状系数增加,圆整度明显提高,平均等效直径减小,固相率略有增加,获得了具有非枝晶奥氏体的亚共晶高铬铸铁。

高综合性能亚共晶高铬铸铁的烧结制备

以气雾化粉末为原料,采用液相烧结(LPS)制备亚共晶高铬铸铁(HCCIs),系统研究烧结工艺参数对致密化行为、显微组织演变和力学性能的影响规律。研究结果表明,采用LPS可以获得相对致密度达99%以上的制品,但合适的烧结温度范围很窄;XRD分析表明烧结亚共晶高铬铸铁由M7C3型碳化物、马氏体和奥氏体构成;金相分析显示烧结样晶粒细小,碳化物为一次晶杆状,且分布均匀。随烧结温度升高和保温时间延长,晶粒和碳化物均逐步粗化,其中温度的影响更加显著;而强度和冲击韧性则呈现先升高后降低的变化规律。优化的烧结工艺下高铬铸铁的力学性能为:硬度HRC65,抗弯强度1 199 MPa,冲击韧性4.6 J/cm2。并提出了一个烧结高铬铸铁中碳化物形态演变的生长模型。

半固态过共晶高铬铸铁浆料在离心力作用下的凝固组织

对于倾斜冷却体法制备的半固态过共晶高铬铸铁浆料,采用离心铸造法将其制备成环形铸件,并观察和分析该铸件组织。结果表明,首先在半固态组织中初生碳化物出现偏析现象,且存在明显的偏析分界线,分界线位于距离环形铸件径向外侧面约6mm处。其次,在本试验条件下,离心力的作用只能部分消除半固态过共晶高铬铸铁组织中的缩松倾向,而且在组织中也存在缩松出现的分界线,即小于距环形铸件径向外侧面约6mm的径向区域内无缩松产生,大于距环形铸件径向外侧面约6mm的径向区域产生缩松。

脉冲电流对过共晶高铬铸铁板坯组织及性能的影响

研究了在过共晶高铬铸铁板坯凝固过程中脉冲处理时间对碳化物结构形态及对板坯冲击韧性的影响。结果表明,脉冲电流能够细化过共晶高铬铸铁凝固组织中初生碳化物,随着脉冲处理时间的延长,杆状碳化物细化为颗粒状,尺寸进一步减小。在试验参数范围内,脉冲处理时间为5 min时细化效果最佳,冲击韧性值为4.75 J/cm2。

过流冷却体表面形状和倾斜角度对过共晶高铬铸铁中初生碳化物形貌及尺寸的影响

采用过流冷却体法制备了过共晶高铬铸铁,主要研究过流冷却体表面形状和倾斜角度对过共晶高铬铸铁中初生M7C3型碳化物形貌及尺寸的影响。结果表明:表面凹槽半径较大的过流体制备的初生M7C3型碳化物更细小、圆整;在较大倾斜角时,两种不同表面形状的过流冷却体制备的初生M7C3型碳化物的形貌及尺寸与较小倾斜角制备的相比,前者的差异更明显。

过共晶高铬铸铁触变压射成形铸件组织及冲击磨料磨损行为

将过共晶高铬铸铁常规砂型铸造坯料与过流冷却处理半固态坯料进行触变压射成形,研究其铸件冲击磨料磨损行为。结果表明,常规铸态坯料由于粗大杆状碳化物大大降低了浆料的流动性,触变铸件表面粗糙,内部缩孔等缺陷明显,粗大杆状初生碳化物严重割裂基体,磨损过程中外力作用下破碎脱落,抗磨损能力大大降低。过流冷却坯料中初生碳化物细小,触变成形过程中浆料流动性好,铸件表面光滑,内部缺陷少,初生碳化物和共晶碳化物都很细密,碳化物对基体的割裂作用小,弥散碳化物的有效支撑作用得到充分体现,表面磨损均匀,磨损性能显著提高。

含Ti/W过共晶高铬铸铁高温磨料磨损性能研究

研究了含Ti和W过共晶高铬铸铁(25.0 wt.%Cr,3.5 wt.%C)高温磨料磨损性能和磨损机理。结果表明,加入Ti后,过共晶高铬铸铁抵抗高温磨料磨损能力提高;在相同的温度下,Ti含量越高,高铬铸铁磨损失重量越小;同时加入Ti和W后,高铬铸铁试样磨损量最小,耐磨性能最好。含Ti/W过共晶高铬铸铁的高温磨料磨损机理主要包括磨料磨损机理、疲劳断裂机理、粘着磨损机理等。

铸态亚共晶高铬铸铁重熔时先共晶相的演变

通过观察常规铸态亚共晶高铬铸铁在固液区间等温重熔过程中先共晶奥氏体形貌的变化情况,研究其演变规律及机理。结果表明,在等温重熔过程中,网状枝晶的粗化、熔断和晶粒的球化、合并长大是先共晶奥氏体演变的4个主要阶段。在较低温度下重熔,其演变过程以枝晶长大粗化及熔断为主,奥氏体枝晶网状结构难以完全消除;在较高温度下重熔,组织的演变过程以晶粒的球化及合并长大为主。在适当温度下(1330℃)保温一定时间(35min)可以获得较为圆整且尺寸均匀分布的先共晶奥氏体组织,但加热温度过高,保温时间过长,奥氏体晶粒会严重长大粗化。

倾斜板温度对过共晶高铬铸铁半固态组织的影响

采用倾斜板冷却体法对过共晶高铬铸铁进行半固态成形,研究了两种倾斜板温度对过共晶高铬铸铁半固态组织的影响规律。结果表明,当板温为室温时,熔体温度梯度大,合金粘度高,流速慢,机械作用力减弱,初生碳化物呈粗大长杆状。当板温为150℃时,熔体温度梯度小,初生碳化物长大倾向减小,碳化物的形成以互相剪切、滚动、碰撞、摩擦而折断、破碎为主而变得细小且分布均匀,趋于等轴化。