等离子弧熔覆Fe-C-B-V系耐磨堆焊层的组织及性能研究

以硼铁、高碳铬铁、钒铁为原料,采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面堆焊Fe-C-B-V系铁基合金。使用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等研究了堆焊层的显微组织;分别使用维氏硬度计和冲击试验机测量堆焊层的显微硬度和冲击韧性。结果表明,堆焊层显微组织主要由马氏体、网格状Fe_(3)(C,B)和Fe_(2)B、弥散分布的碳化物及硼化物等(如VB_(2)、VC、Cr_(2)B)硬质相构成;堆焊层的平均硬度高达904.58 HV10、冲击功为68.5 J。堆焊过程中形成的硼化物、碳化物作为硬质相提高了堆焊层的硬度和耐磨性,形成的碳化钒使组织从鱼骨状变成网格状,细化了晶粒,提高了堆焊层的冲击韧性。

Q-T和Q-P工艺对Fe-C-B合金组织与性能的影响

为了获得综合性能好、成本低的耐磨钢,分别采用淬火-回火(Q-T)和淬火-分配(Q-P)工艺对Fe-C-B合金进行热处理。结果表明,相较于Q-T工艺,Q-P工艺处理后的试样综合性能更加优异。采用Q-T工艺处理后合金的冲击韧性提升了18.9%,而采用Q-P工艺处理后的合金,获得了板条马氏体和薄片状残余奥氏体组成的基体,薄片状的残余奥氏体对于提升Fe-C-B合金的冲击性能产生了重要效果,使该合金的冲击性能提升了50.9%。

铸造Fe-C-B合金组织与性能研究

对铸造Fe-C-B合金组织和性能进行了初步研究。结果表明,在中碳铸钢的基础上添加一定量的B能够获得与高铬铸铁硬度、强韧性相当的Fe-C-B合金。其砂型条件下凝固组织为珠光体+铁素体+含硼碳化物。该合金经过1000℃奥氏体化水淬后,硬度可以达到60.7HRC,冲击功达到7.0J。但热处理不能改变该合金中连续网状分布的含硼碳化物的形态。

铸造Fe-C-B耐磨合金增韧研究与进展

新一代耐磨材料Fe-C-B合金具有较高的经济效益和优异的耐磨损性能,但网状硼化物的存在导致其韧性较低,限制了其发展和应用。阐述了Fe-C-B合金B含量优化、高温热处理、合金化、变质处理等增韧方法的研究进展。综合大量研究发现:B含量在2.0%~4.0%范围内时,合金性能较好,硬度可达到60HRC,冲击韧性在6J/cm2左右;在1 000~1 050℃范围内进行高温热处理更利于合金增韧;合金化和变质处理对韧性有一定改善作用。为了进一步提高Fe-C-B合金韧性,需要结合各种增韧方法,深入探讨韧性机制。

Fe-C-B合金耐磨性能的研究

在MLD-10型冲击磨料磨损试验机上,对现今广泛使用的高铬铸铁和正在研究的Fe-C-B合金,在相同的冲击功条件下,就其耐磨性进行了对比试验。通过测定相同工况下材料的失重,分析两种材料的抗冲击磨损性能,并对试验过程中Fe-C-B合金试样表现出来的脆性、磨损面的形貌进行了讨论。结果表明:成分一定的Fe-C-B合金其耐磨性与亚共晶高铬铸铁相当,与过共晶高铬铸铁的耐磨性接近;磨损表面主要有塑性犁沟、显微切削等不同的磨损方式。

形变热处理对亚共晶Fe-C-B合金组织和性能的影响

采用形变热处理的方法来改善含0.36%C、1.48%B的亚共晶Fe-C-B合金的组织和性能。结果表明,高温形变后,合金中的含硼硬质相由连续网状分布转变为块状聚集态分布,α-Fe中形成了(110)晶面的择优取向。形变后的试样经1050℃奥氏体化淬火后,硬质相聚集现象消失,转变为条块状弥散分布在基体中,基体完全转变成马氏体,α-Fe中(110)晶面的择优取向消失。经过形变热处理后,合金硬度达58 HRC,冲击韧性与形变热处理前有较大提高,达到9.3 J/cm2。

Thermodynamic Properties of Fe-C-N and Fe-C-B-N Melts

The saturated solubility of carbon and nitrogen in Fe-C-N and Fe-C-B-N melts was measured experimentally at 1 485℃ to obtain the activity interaction coefficients between components in these melts. A new method was used to treat experimental results. Using thermodynamic derivation and calculation, some important interac- tion coefficients between components in these melts were obtained.

热处理对耐磨铸造Fe-C-B合金组织及性能的影响

用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和销盘式磨损试验机研究了硼含量0．5wt％～2．0wt％和碳含量≤0．2wt％的铸造Fe—C—B合金热处理后的组织和性能，并对铸造Fe—C—B合金进行了销盘磨粒磨损试验。试验结果表明：铸造Fe—C—B合金的凝固组织为Fe2B相和珠光体、铁素体基体，Fe2B相呈鱼骨状和网状分布。Fe—C—B合金经950～1100％水淬＋200℃回火处理后，局部出现断网现象，基体全部转变为板条马氏体。随着淬火温度增加，№B相断网现象明显，基体中会出现少量片状马氏体。铸造Fe-C-B合金热处理后的硬度为55～60HRC，冲击韧度大于10J/cm^2，动态断裂韧度大于30MPa·m^1/2。在120目石英砂磨粒磨损条件下，Fe—C—B合金的耐磨性优于高锰钢，比高铬白口铸铁稍低。

Fe-C-V、Fe-C-B熔体热力学性质

在1435,1485℃时分别测定了C在Fe-C-V和Fe-C-B熔体中的饱和溶解度。目的在于:用新的方法处理实验数据,获得熔体中溶质组元之间的活度相互作用系数。通过热力学推导和计算,得到熔体中组元之间某些重要的相互作用系数有:εVC=εVC=-11.96;eVC=-0.0542,eCV=-0.2443;εBC=εBC=14.16;eBC=0.2597和eBV=0.2344。

铬对亚共晶Fe-C-B合金组织与力学性能的影响

为了研究含量在低于3.80%范围内,Cr含量对亚共晶Fe-0.46C-1.48B合金的组织与力学性能的影响,采用光学显微镜、定量金相及X射线衍射研究了合金的微观组织,测试并分析了合金的硬度和冲击韧性。结果表明,Cr能促进亚共晶Fe-C-B合金凝固组织中初生奥氏体析出和珠光体转变,减少共晶莱氏体和共晶硬质相的析出,改善硬质相的形态分布。随Cr含量增加,铸态及热处理后合金的冲击韧性增加;硬度则先增加后下降,在Cr含量为3.23%时达到极大值。与不含Cr的试样相比,含Cr 3.80%的试样冲击韧性提高约50%。

脉冲电流对过共晶Fe-C-B合金初生相的影响

研究了脉冲电流对过共晶Fe-C-B合金凝固组织初生相的影响。结果表明,脉冲电流影响过共晶Fe-C-B合金中初生硼化物的形核过程,提高硼化物晶核的形成温度,使过共晶Fe-C-B合金中的初生硼化物提前形核,细化初生硼化物,但不能明显增加硼化物晶核数。在相同的热历程下,脉冲电流不改变试样凝固组织物相组成。

铸造Fe-C-B合金成分对组织与性能的影响

对Fe-C-B合金的凝固过程与凝固组织特征进行分析。结合相图研究结果,讨论了合金中硬质相种类与形成机理,初步总结了成分对Fe-C-B合金的组织与性能的影响。指出促进和推动Fe-C-B合金的研究与应用,需要在进一步完善Fe-C-B三元相图基础上,深入研究凝固条件、成分对无铬Fe-C-B合金组织与性能的影响,探寻进一步改善其组织与性能的途径。

钛含量对Fe-C-B-Ti合金微观组织和力学性能的影响

研究了钛含量为0．67％-1．82％的Fe—C—B—Ti合金在铸态和热处理下微观组织、硬度和冲击韧性的变化规律。结果表明：当钛含量为0．67％时，Fe—C-B—Ti铸态合金组织由马氏体、珠光体和网状的共晶硼化物组成，硬度和冲击韧性较高。随钛含量的增加，Fe—C—B—Ti合金铸态组织中的马氏体逐渐消失，出现铁素体，硬度和冲击韧性逐渐下降。热处理后，Fe．C．B-Ti合金中的共晶硼化物呈断网状，并随温度的升高有明显粗化。随淬火温度的升高，Fe—C—B—Ti合金的硬度和冲击韧性增加，在1050oC时达到最大值，当温度超过1500℃时，硬度和冲击韧性反而降低。

B对Fe-Cr-B-C合金热处理后显微组织和强韧性的影响

为了探索调控Fe-Cr-B-C合金强韧性匹配的新方法,研究了B对其热处理后显微组织、硬度及冲击韧性的影响。经1 050℃空淬处理后,在低w[B](0.000 6%)合金的枝晶间析出大量极细二次碳硼化物,在中w[B](0.51%)和高w[B](2.89%)合金基体中析出弥散的二次碳硼化物。随B含量增加,二次碳硼化物的颗粒度增大,颗粒密度降低。经1 050℃空淬+500℃回火处理后,三种B含量合金中的二次碳硼化物均增多,且析出区域扩大。低B合金的枝晶干为粗大板条马氏体,枝晶间由针状马氏体、高密度二次碳硼化物及少量凝固析出相构成,其冲击韧性最佳,洛氏硬度居中;中B合金主要由弥散分布着二次碳硼化物的针状马氏体基体以及网状硼碳化物构成,其洛氏硬度最高,冲击韧度居中;高B合金由弥散分布着少量二次碳硼化物的γ基体及更致密的网状硼碳化物构成,其洛氏硬度和冲击韧度均最低。另外,中B和高B合金的网状硼碳化物发生了局部断网,导致其冲击韧性较铸态下明显提高。

B含量对Fe-Cr-C系堆焊合金组织结构及耐磨性的影响

为了进一步提高Fe-Cr-C系堆焊合金的耐磨性,采用等离子粉末堆焊技术,通过调整堆焊合金粉体中硼铁粉的添加量,在Q235钢表面制备不同B含量的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金层,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及磨粒磨损试验等分析测试方法,探究B添加量对Fe-Cr-C系堆焊合金组织结构、物相组成及耐磨性的影响。结果表明:当B添加量(以硼铁粉计,下同)为0时,堆焊合金的组织由树枝晶状Fe和菊花状(Fe,Cr)_(7)C_(3)+Fe共晶组织组成。随着B添加量的增加,堆焊层中(Fe,Cr)_(7)(C,B)_(3)硬质相的体积分数增加。(Fe,Cr)_(7)(C,B)_(3)相的析出量达到一定值后,初晶B_(0.7)Fe_(3)C_(0.3)相生成。当B添加量为20.0%时,(Fe,Cr)_(2)B硬质相大量析出。堆焊层的硬度整体呈现上升-陡降-上升的趋势,B-10试样的硬度达到63.1 HRC。磨粒磨损试验结果显示,堆焊合金层耐磨性呈现上升-平缓-上升的趋势,B-20试样的耐磨性增至B-0试样的2.8倍。

高硬度耐磨堆焊焊条的研制

本文为了研制具有高硬度和优良耐磨性能的手工焊条,设计了焊条药皮的配方,通过添加来源广泛、价廉经济的高碳铬铁和碳化硼以及少量的钒铁、钼铁、铌铁等合金粉末。采用多层堆焊技术对自主研制的Fe-Cr-B-C为主成分的焊条进行观察并讨论Fe-Cr-B-C等合金元素在焊缝中的组织形态和分布状态。用光学显微镜(OM)和X射线衍射(XRD)研究了堆焊层微观结构和相位。结果表明,此次研制的焊条在焊接过程中焊接性能较好,焊后无内部裂纹,脱渣性能较好,堆焊合金的组织主要为针状马氏体+Fe和(Fe,Cr)_(3)(B,C)的共晶组织,堆焊层平均洛氏硬度可达61.8HRC,具有良好的耐磨性能。

Fe-Cr-B-C系耐磨堆焊合金组织与性能

为了探讨合金元素Cr,C对高硼铁基堆焊合金组织结构的影响,采用气体保护焊堆焊技术,通过调整金属粉芯焊丝中高碳铬铁的添加量,在Q235钢板表面制备不同高碳铬铁含量的Fe-Cr-B-C堆焊合金,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱(energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)等分析测试方法,分析不同合金元素Cr,C含量对堆焊合金组织和性能的影响。结果表明,堆焊合金的组织为马氏体+网状(Fe,Cr)_(3)(B,C)及少量的微量M_(7)C_(3);随着高碳铬铁粉添加量的增加,网状(Fe,Cr)_(3)(B,C)体积分数增加,堆焊合金中的马氏体具有较高的硬度,合金元素Cr能够使基体组织固溶强化,网状碳化物(Fe,Cr)_(3)(B,C)作为耐磨骨架,阻碍磨料在磨损过程中的挤压与切削作用,使堆焊层耐磨性均高于65Mn钢3~4倍,其磨损机理为微犁沟。

熔覆电流对Fe-Cr-B-C合金涂层组织与耐磨性的影响

为了研究熔覆电流的变化对Fe-Cr-B-C熔覆合金层组织及性能的影响,采用等离子熔覆技术在不同的熔覆电流下(75、85和95 A)在Q235钢板表面制备了Fe-Cr-B-C合金熔覆层,采用X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)技术、维氏硬度计和扫描电镜(SEM)对熔覆层的物相、硬度和微观组织进行表征,并采用摩擦磨损试验机对熔覆层的摩擦磨损性能进行研究。结果表明:Fe-Cr-B-C熔覆层的物相主要为马氏体,同时有大量的Fe_(3)C、Cr_(23)C_(6)、Fe_(2)B、Cr_(2)B、Fe^(2)C、Fe_(7)C_(3)硬质相及少量的氧化物在基体内呈网状分布。随着熔覆电流的升高,熔覆层的稀释率增加,硬质相的含量逐渐降低。熔覆层硬度随着电流增大呈现先增大后减小的趋势,电流为85 A时熔覆层硬度最高。随着电流的升高,熔覆层的耐磨性先升高后下降,当熔覆电流为85 A时,熔覆层的磨损量仅为Q235基体的7%,表明Fe-Cr-B-C熔覆层能显著提高Q235钢板基体的耐磨性能。Fe-Cr-B-C熔覆层的磨损机制是粘着磨损、磨粒显微切削、显微断裂共同主导。

稀土元素Y对铁基耐磨堆焊层组织和性能的影响

通过改变稀土元素Y在高铬铸铁耐磨合金体系中的添加量,研究Y元素对堆焊层组织和性能的影响,从而使堆焊层组织发生良性转变,达到提高堆焊合金耐磨性的目的。采用药芯焊丝混合气体保护法明弧堆焊的方法在母材Q235钢表面制作堆焊合金,采用XRD、SEM对堆焊层进行微观组织观察及物相表征;通过洛氏硬度计、湿砂橡胶轮式磨损测试机进行宏观硬度测试、磨损性能测试,并观察磨损形貌,对堆焊层耐磨性进行评价。结果发现,堆焊层主要由奥氏体(γ-Fe)、铁素体(α-Fe)、M(7 C,B)3、M2B相组成,添加适量的稀土元素Y后,可以使硬质相分布更加均匀,晶粒更加细小。随着Y元素添加量的提高,堆焊层的硬度、磨损量呈现先减小后增加的趋势。Y元素添加量为1.6%时,堆焊层硬度为67.5 HRC,较未添加时提高17.2 HRC;此时磨损量最小为0.864 g,磨损机制为磨粒磨损。

热处理对Fe-0.44C-2.95B合金组织和性能的影响

对含碳0.44 wt%和含硼2.95 wt%的Fe-C-B合金分别进行了正火、水淬、水淬+回火、退火处理。借助光学显微镜、XRD、冲击韧性和硬度测试,研究热处理对Fe-C-B合金性能的影响规律。结果表明,热处理改变了合金中基体和共晶硼化物分布形态,Fe-C-B合金的硬度在44.3～62.4 HRC变化,而韧性提高到6.0～9.8 J.cm-1,其中1 000℃淬火处理的综合力学性能最好。