TiC增强铁基熔覆层制备方法的研究进展

系统地论述了TiC增强铁基熔覆层制备的原理,当前国内外制备该熔覆层所使用的方法以及这些方法用于熔覆层制备的情况,所制得的熔覆层存在的缺陷和改进的途径。从文献来看激光熔覆、等离子熔覆、钨极氩弧为该熔覆层主要的3种制备方法,着重介绍了这3种方法的原理以及当前的研究情况。对稀土改进熔覆层性能和质量的情况也作了描述。最后指出了当前熔覆层制备存在的问题和发展前景。

等离子弧堆焊铁基熔覆层组织结构与磨损行为

设计开发了一种铁基(含Cr,Mo,C,B,Si,Mn等元素)多元合金粉末,采用等离子弧堆焊(PTAW)技术在AISI304L不锈钢表面制备相应熔覆层,通过XRD,SEM,EDS及磨粒磨损试验机等对熔覆层微观组织结构和磨损行为等进行表征,并与传统NiCrBSi和NiCrBSi+25%WC粉末的PTAW熔覆层进行了对比研究.结果表明,所设计的铁基合金熔覆层成形良好,基体组织由Fe-Cr固溶体相与γ-Fe相构成,其间包裹着大量弥散分布的富钼硼化物和M23(B,C)6硬质相,对熔覆层组织能够起到有效的支撑和强化作用.铁基熔覆层的宏观硬度平均值高达64.2HRC,其相对耐磨性明显优于NiCrBSi+25%WC熔覆层,并达到NiCrBSi熔覆层的8倍以上.

等离子熔覆-注射B_4C铁基熔覆层组织耐磨性研究

目的采用等离子熔覆-注射工艺在Q235基体上制备B4C铁基熔覆层并研究其耐磨性。方法通过OM,SEM,EDS等分析熔覆层及界面的组织特征,并进行耐磨性测试。结果当B4C质量占主体熔覆材料质量的18%时,注射熔覆层表面比较平整,无裂纹。注射熔覆层组织致密,界面呈现平直的亮白色过渡层,稀释率小,与基体形成了良好的冶金结合。B4C陶瓷颗粒表面溶解会形成Fe,Cr等元素的硼化物。等离子熔覆-注射B4C熔覆层的耐磨性是42CrMo的22倍,是16Mn钢的41倍。结论等离子熔覆-注射B4C工艺能够增强B4C与熔覆层之间的结合力,提高熔覆层的硬度和耐磨性。

超音频感应熔覆铁基熔覆层组织及耐腐蚀性能

采用超音频感应熔覆技术,在HT300基体表面制备铁基熔覆层。通过SEM、EDS及XRD研究了熔覆层的显微组织以及物相组成,并对熔覆层和基体进行电化学腐蚀实验及浸泡腐蚀实验。结果表明:熔覆层的组织致密,存在少量细小气孔,与基体形成冶金结合;熔覆层主要由α-(Fe,Cr)、Fe3C和(Cr,Fe)7C3等相组成;该熔覆层的耐电化学腐蚀性好,腐蚀速率约为基体的1/3;在60%H2SO4溶液中,铁基熔覆层的腐蚀速率随腐蚀时间的延长而急剧降低,最后达到0.87μm/a。

激光熔覆铁基复合熔覆层的裂纹形成机理

激光熔覆是绿色再制造重点发展的工业技术。用高能密度的二氧化碳(CO_(2))激光束,在工件表面进行激光熔覆改性处理,形成成分和性能完全不同于母材的铁基复合熔覆层。激光熔覆层组织由马氏体α-Fe和细小弥散分布的碳氮化钛Ti(C,N)陶瓷颗粒组成。若激光熔覆工艺不当,会形成纵向或横向裂纹。熔合线附近的气孔和微空洞是复合熔覆层开裂的裂纹源,裂纹最初起裂于熔覆层与母材交界处,裂纹扩展为沿晶或穿晶断裂,属于脆性断裂。

活性剂SiO_2对Q235钢表面氩弧熔覆层组构及性能的影响

目前,关于活性氩弧熔覆技术的研究国内鲜见报道。自制了由2%B4C,5%硼砂和余量还原铁粉组成的合金粉末,并加入活性剂SiO2,采用氩弧熔覆技术在Q235钢表面制备了熔覆层。采用光学显微镜观察了熔覆层的显微组织,测定了其相组成;分析了硬质相的组成和熔覆层的硬度,测试了熔覆层的耐磨性。结果表明,添加活性剂SiO2后熔覆层的组织结构发生了改变,其耐磨性与未添加活性剂相比提高了近1倍。

铁基激光熔覆层的开裂行为及开裂机理研究

本文通过研究铁基熔覆层裂纹的开裂形貌、扩展方向、裂纹源、断口特征等开裂行为探讨了其开裂机理。结果表明:熔覆层表面裂纹起源于熔覆层和基体结合处,垂直于焊道向表面扩展,且贯穿整个熔覆层表面,呈沿晶开裂特征;熔覆层中存在的孪晶,可提高熔覆层的塑性和韧性,降低了熔覆层的开裂倾向;熔覆层中的δ铁素体,可以增强熔覆层的抗热裂纹能力;开裂的熔覆层δ铁素体中存在大量体心立方结构的含Si复杂固溶体(C-FeMn-Mo-Si),且δ铁素体含量较少,是导致其韧性下降、裂纹出现的主要原因。

Cr_3C_2-25NiCr对铁基激光熔覆层微观组织与性能的影响

利用同步送粉的激光熔覆技术,以铁基激光熔覆粉和Cr3C2-25NiCr为原料在中碳钢基材上制备耐磨熔覆层。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计等分析检测手段和冲蚀试验,研究了Cr3C2-25NiCr颗粒尺寸对熔覆层组织结构、硬度、耐冲蚀磨损性能的影响。结果表明:添加小颗粒Cr3C2-25NiCr后熔覆层的显微硬度约提高25%,冲蚀失重降低约50%;添加大颗粒Cr3C2-25NiCr后熔覆层的显微硬度约提高50%,冲蚀失重降低约60%。

40CrNiMo钢表面激光熔覆层力学性能研究

为了提高40CrNiMo钢基体的力学性能,采用1000 W光纤激光器在40CrNiMo钢基体表面上制备铁基熔覆层。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、万能试验机、显微硬度计等分析测试手段对涂层进行分析。结果表明:制备的涂层表面平整,基体与熔覆层之间存在明显的过渡区域,结合界面无气孔、裂纹等缺陷,与基体形成了较好的冶金结合。熔覆层显微组织由马氏体和少量的M23C6碳化物组成,基体与熔覆层之间的过渡区域主要以细小的等轴晶为主,熔覆层中部则以柱状晶和少量的树枝晶为主。熔覆层性能优异,相对于基体的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了21.4%、22.9%和16.7%,显微硬度为415~450 HV0.2,均优于40CrNiMo钢。

预热对27SiMn钢激光熔覆热影响区显微组织和力学性能的影响

采用激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备了铁基熔覆层,考察了预热对27SiMn钢热影响区显微组织及力学性能的影响。结果表明,激光熔覆27SiMn钢热影响区出现大量马氏体组织;拉伸断裂断口由河流状解理面、撕裂棱及韧窝组成,表现为准解理断裂;预热处理有效减少了马氏体含量,且出现珠光体组织。预热温度100℃时,淬火层硬度下降25.4%、延伸率提升11.5%、抗拉强度下降14.3%。预热温度升高至300℃时,拉伸断裂方式转变为韧性断裂。适当的预热可有效减少27SiMn钢热影响区的马氏体组织,缓解淬冷导致27SiMn钢的韧性下降问题,提升激光熔覆27SiMn钢液压油缸的服役安全性。

Microstructure and tribological properties of laser cladding Fe-based coating on pure Ti substrate

Fe-based coating was produced on pure Ti substrate by the laser cladding technology. The composition and microstructure of the fabricated coating were analyzed by scanning electron microscopy （SEM）, X-ray diffraction （XRD） and transmission electron microscopy （TEM） technique. The tribological properties were tested through sliding against AISI52100 steel ball at different normal loads and sliding speeds. Besides, the morphologies of the worn surfaces and wear debris were analyzed by scanning electron microscopy （SEM） and three dimensional （3D） non-contact surface mapping. The results show that the prepared Fe-based coating has a high hardness of about 860 HV0.2 and exhibits an average wear rate of （0.70-2.32）×10-6 mm3/（N-m）, showing that the Fe-based coating can greatly improve the wear resistance of pure Ti substrate. The wear mechanism of the coating involves moderate adhesive and abrasive wear.

激光熔覆工艺参数对熔覆层组织的影响

采用激光熔覆技术在铸钢表面上形成了陶瓷颗粒增强的铁基复合熔覆层,研究了激光熔覆过程中工艺参数对熔覆层显微组织的影响,用X射线衍射、扫描电镜和光学显微镜对熔覆层微观组织的特征进行了观察和分析。结果表明:激光熔覆后的复合层与基材之间形成了良好的冶金结合,熔覆层的组织由马氏体α-Fe和碳氮化钛Ti(C、N)颗粒组成。在其他工艺参数一定的条件下,随着激光功率的增大,熔覆层的晶粒长大倾向明显,方向性增强,熔覆层组织变化由树枝晶到细小的胞状树枝晶组织,再到粗大的胞状树枝晶组织;随着扫描速率的增大,胞状枝晶组织逐渐变成细小、致密的树枝晶,生长方向由定向凝固变得紊乱无序。

道岔尖轨表面的激光熔覆铁基耐磨涂层及其性能

尖轨作为道岔的重要部件,工作环境恶劣,易出现表面磨损、剥离掉块等缺陷。激光熔覆技术可以显著提高尖轨表面的硬度,从而提高其表面耐磨性,减少表面伤损,延长尖轨的使用寿命。采用半导体激光熔覆工艺,在U71Mn道岔尖轨表面制备了Fe-W-Cr铁基复合激光熔覆层,对熔覆层的组织形貌、物相组成及元素分布进行了检测,并对其硬度、冲击性能与摩擦磨损性能进行了分析。结果表明:铁基熔覆层无明显缺陷,且与道岔尖轨形成了冶金结合,熔覆层内大部分区域为树枝晶,在晶界处分布着网状碳化物;熔覆层的平均硬度为876.8 HV(道岔尖轨用钢为252.3 HV),冲击韧度为2.30 J/cm^2,平均摩擦因数为0.31(道岔尖轨用钢为0.63);在同等的摩擦磨损条件下,铁基熔覆层的磨损量为0.0043 g,仅为道岔尖轨用钢(0.0408 g)的10.54%。半导体激光熔覆工艺使得道岔尖轨表面的硬度及耐磨性能得到了显著提高,从而使其服役性能得到了明显改善。