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。

Fe-Cr-C耐磨堆焊合金磨粒磨损行为

采用埋弧堆焊方法,在Q235钢表面制备Fe-Cr-C耐磨合金,在MLS—225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行磨粒磨损试验,通过对磨损试样表面的扫描电子显微镜观察分析并结合能谱成分分析研究磨损形成机制.结果表明,Fe-Cr-C耐磨堆焊合金在试验的湿石英砂磨料磨损条件下,磨损机制以微裂纹引起的剥落去除机制为主,也存在一定数量的犁沟或犁皱造成的微切削去除机制.剥落的发生与碳化物密切相关,能谱成分分析表明剥落坑内Cr元素含量对应在(Cr,Fe)7C3铬含量范围内,说明剥落坑是碳化物断裂造成的.

Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金研究进展

Fe-Cr-C堆焊合金具有成本低、品种多、耐磨性好等优点,是当前堆焊合金研究的重要方向之一,应用前景广阔。本文针对Fe-Cr-C堆焊合金的凝固行为、组织演变规律、焊态合金典型显微组织特征、耐磨性影响因素等研究内容进行论述,在此基础上介绍了该堆焊合金的具体工程应用,并对今后的研究方向进行了展望。

焊后热处理对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织和磨损性能的影响

采用埋弧堆焊方法在Q235低碳钢基体上制备了Fe-Cr-C耐磨堆焊层。利用光学显微镜、SEM和TEM分析了堆焊合金的显微组织,并进行了磨粒磨损试验。结果表明,焊后热处理（850-1000℃）未改变堆焊合金组织中的初生碳化物和共晶碳化物的基本形貌,但堆焊层表面宏观硬度与焊态相比约降低25%。经过同样的热处理过程,初生碳化物的硬度降低较少,平均降低约5%。经过热处理后基体的硬度平均降低约为39%。焊后热处理对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金磨粒磨损性能的影响较大,焊后经过850℃～1000℃加热30min,相对耐磨性只能达到焊态的16%～32%。热处理后碳化物和基体的匹配关系发生恶化是造成耐磨性降低的主要原因。

Fe-Cr-C系堆焊耐磨材料的研究现状与展望

介绍了Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金的主要用途,综述了近年来的研究成果以及将来的发展方向。分析表明,初生M7C3垂直于堆焊层表面、多元合金的强化、硬质相呈弥散分布并与基体组织良好的强韧性匹配、不同磨损工况条件堆焊层强韧关系的合理选择能使耐磨效果达到最佳。特殊工况的Fe-Cr-C系堆焊材料的开发及其特种堆焊技术将成为未来研究的新趋势。

纳米Y_2O_3对过共晶Fe-Cr-C堆焊合金表面微观组织与耐磨性的影响

目的研制一种新型添加纳米Y2O3的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,改善堆焊合金粗大的初生M7C3碳化物,提高堆焊合金的耐磨性。方法采用明弧堆焊的方法制作堆焊合金,用金相电子显微镜对其表面微观组织进行观察,用洛氏硬度计对其表面硬度进行测量,用砂带摩擦磨损试验机对其表面耐磨性进行评价,用扫描电子显微镜对其磨损形貌进行观察。最后,利用错配度理论对M7C3的细化机理进行分析。结果过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由初生M7C3和共晶组织(共晶M7C3、奥氏体及部分马氏体)组成。未添加Y2O3的堆焊合金初生M7C3比较粗大,其平均尺寸在22μm,硬度为55HRC,磨损量为0.85mg/mm2。经纳米Y2O3改性之后,堆焊合金的初生M7C3尺寸变小,其平均尺寸为16μm,硬度为57HRC,磨损量减少为0.59 mg/mm2,Y2O3的(001)面与正交M7C3的(100)面之间的二维错配度为8.59%。结论 Y2O3可以成为M7C3的非均质形核核心,从而细化了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的初生M7C3碳化物,提高了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金表面耐磨性。

Fe-Cr-C-B-Nb堆焊合金的显微组织和耐磨性

采用明弧自保护法制备Fe-Cr-C-B-Nb系耐磨堆焊合金,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段,分析堆焊层中的物相组成,探究熔池中硬质相析出顺序,研究B和Nb元素含量对其显微组织和耐磨性影响.结果表明,制备的堆焊合金显微组织为马氏体+残余奥氏体+M23(C,B)6+Nb C,Nb C先于M23(C,B)6生成.当堆焊层中B元素含量为0.21%,Nb元素含量为1.44%时,可以使堆焊合金有较高的硬度和耐磨性.洛氏硬度可达69 HRC±1.5 HRC,磨损量为0.037 6 g.过量的B元素不利于Nb C析出,而使Nb元素固溶强化硼化物和基体.耐磨性试验结果表明,M23(C,B)6和Nb C两种硬质相显著改善了Fe-Cr-C-B-Nb系堆焊合金的耐磨性.

Fe-Cr-C-V等离子堆焊层改善旋耕刀耐磨性和冲击韧性

为解决农机触土部件耐磨性差、失效频繁等问题,该文采用等离子堆焊技术在65Mn钢基体上制备Fe-Cr-C-V堆焊层;利用金相显微镜、X射线衍射仪分析了堆焊层的显微组织和物相构成;利用显微硬度计、往复式摩擦磨损试验机、自制土槽磨损试验机、冲击试验机等设备测试了堆焊层的显微硬度、耐磨性及冲击韧性。结果表明,堆焊层与基体呈良好的冶金结合,Fe-Cr-C-V堆焊层主要由α-Fe、Cr7C3、M7C3([Fe,Cr]7C3)、Fe-Cr固溶体、VC等组成。与65Mn淬火钢相比,Fe-Cr-C-V堆焊层的维氏硬度提高了75%,磨损质量降低了约67%。与Fe-Cr-C堆焊层相比,Fe-Cr-C-V堆焊层维氏硬度提高了HV0.5100,冲击韧性提高了21%。与常用的65Mn铲尖相比,有Fe-Cr-C-V堆焊层的深松铲铲尖磨损质量减少了78%,与常用60Si2Mn旋耕刀相比,有Fe-Cr-C-V堆焊层的旋耕刀平均磨损质量减小约50%。该研究可为延长旋耕刀使用寿命提供参考。

钒对Fe-Cr-C耐磨堆焊层性能的影响

在Fe-Cr-C耐磨堆焊合金中加入钒,研究钒对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金焊态和焊后热处理态性能的影响.采用埋弧堆焊方法在Q235低碳钢基体上制备了堆焊层,利用光学金相、SEM分析了堆焊合金的显微组织,并进行了硬度和磨料磨损试验.结果表明,焊后加热对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金的硬度有较大影响.经过焊后加热,基体组织的硬度降低值都大于22%,降低值最大的是不含钒的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金,达到37.7%.焊后加热对初生碳化物M7C3的硬度影响较小,其硬度降低值为1.4%～11.3%.含0.4%V可以有效的提高Fe-Cr-C耐磨堆焊合金高温热处理后的耐磨料磨损性能.以淬火态的45钢为标样,在经过900℃焊后热处理,含0.4%V的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金相对耐磨性为1.9,而同样条件下不含钒的试样相对耐磨性只有1.3,两者相比,含0.4%V的合金相对耐磨性提高了46%.

B对碳弧焊Fe-Cr-C系耐磨合金的组织和耐磨性影响

采用碳弧焊的方法,通过在较高范围内（0.4%-2.5%）调节Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金粉块中B的含量,探讨B对组织和耐磨性能的影响。结果表明,添加B使得初生碳化物明显细化,数量明显增多,分布也趋于均匀,细小的共晶碳化物增多,并产生硬质相B4C。实验中4种合金粉块均与基体（Q235）有良好的冶金结合。B的质量分数在0.4%-2.5%范围内随着含量的升高,堆焊层的硬度和耐磨性呈上升趋势。当B的质量分数为2.5%时,其硬度达到64.7HRC,磨损质量损失仅为1.1 mg。

明弧堆焊Fe-Cr-C-Nb耐磨合金的组织及性能研究

采用自保护药芯焊丝明弧堆焊方法在45钢表面制备了Fe-Cr-C-Nb堆焊合金,使用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计、磨损试验机等设备,研究了铌铁含量对Fe-Cr-C-Nb堆焊合金显微组织、硬度及耐磨性能的影响。研究结果表明,Fe-Cr-C-Nb堆焊合金的显微组织由γ-Fe、NbC、M7C3、M3C、和少量α-Fe组成。随着Nb元素的增加,析出的NbC总量增加并弥散分布,形态由颗粒状向树枝状演变,同时γ-Fe颗粒的生长得到抑制,从而细化了合金晶粒,提高了Fe-Cr-C-Nb堆焊合金的韧性和强度。硬度及耐磨性能试验结果表明,随着Nb含量的提高,Fe-Cr-C-Nb堆焊合金的硬度增加,耐磨性能先升高后降低。

硼对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织的影响

在 Fe- Cr- C耐磨堆焊合金中 ,加入硼元素可以有效地提高堆焊层的硬度。本工作以高碳、高铬耐磨堆焊合金为基础 ,在五组不同的堆焊焊条药皮中加入不同含量的硼元素 ,研究了硼对 Fe- Cr- C耐磨堆焊合金硬度、组织的影响。实验结果表明 ,在 Fe- Cr- C系耐磨堆焊合金中加入硼 ,当在 0 .1%～ 0 .9%时 ,堆焊层表面宏观硬度随着硼含量的增加而近似的呈线性地增加。当硼含量大于 1%时 ,继续加入硼 ,对宏观硬度的增加影响较小。当含硼量在 0 .1%～ 0 .9%范围内 ,硼能显著提高 Fe- Cr- C耐磨合金组织中的硬质相密度。硼对硬质相密度影响的敏感成分范围是 0 .1%～0 .9% ,当硼含量大于 1%时 ,继续增加硼含量 ,硬质相含量没有明显增加。在所研究的含硼量范围内 。

Mo含量对碳弧堆焊Fe-Cr-C-Mo-B耐磨层组织和性能的影响

目前，对Fe-Cr-C-Mo-B合金堆焊技术研究报道较少。采用碳弧焊方法，在Q235钢表面堆焊Fe-Cr-C-Mo-B合金层，采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪分析了堆焊层的组织结构、形貌及成分。采用摩擦磨损试验研究了堆焊层的耐磨性，探讨了不同Mo含量对堆焊层组织和性能的影响。结果表明：Mo含量为0-2．5％（质量分数）时，堆焊层组织主要为亚共晶组织，Mo含量为4．0％时，组织中出现了少量大块状初生碳化物，有向过共晶转变的趋势；堆焊层组织主要为马氏体、铁素体、珠光体，碳化物主要为Cr7C3，Cr23C6以及B4C；随着Mo含量的增加，堆焊层的硬度增加，堆焊层的磨损失重呈减小趋势，Mo含量为4．0％时硬度达到最大值62．5HRC，磨损失重最小，堆焊层划痕最浅，耐磨性最好。

自保护药芯焊丝明弧堆焊Fe-Cr-C-B-W合金的组织及性能

采用自保护药芯焊丝明弧堆焊技术制备五组不同钨含量的Fe-Cr-C-B-W合金.借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机分析堆焊合金的组织及性能.结果表明,合金的显微组织由马氏体、残余奥氏体、M7(C,B)3,M3(C,B),Fe3W3C和WC组成.大部分钨元素被迁移到晶界生成了比WC稳定性更好的Fe3W3C缺碳复合相,堆焊层中没有典型的初生WC硬质相颗粒生成.随着钨添加量的增多,共晶硬质相M7(C,B)3,M3(C,B)和Fe3W3C随之增多,间距减小,呈连续网状均匀分布.当钨的添加量为12%时,堆焊层的耐磨性达到最佳.

热处理工艺对含Y过共晶Fe-Cr-C堆焊合金组织与耐磨性的影响

制备含Y过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,采用不同的热处理工艺,得到了不同基体的过共晶Fe-Cr-C合金。采用光学显微镜对其组织进行了观察,采用X射线衍射仪对其相结构进行了分析,采用硬度计、摩擦磨损试验机对其硬度和耐磨性进行了测定,采用扫描电镜对磨损形貌进行观察。结果表明,4种合金组织都是主要由初生碳化物以及共晶组织构成。焊态时,基体为奥氏体+部分马氏体;950℃退火后,基体为铁素体;950℃淬火后,基体为马氏体+残留奥氏体;450℃回火后,基体为回火马氏体+残留奥氏体。合金的硬度和耐磨性变化随基体组织的变化而变化,950℃退火试样硬度最低、耐磨性最差,950℃淬火试样硬度最高、耐磨性最好,450℃回火试样抗开裂性能较好。过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的磨损机制主要是微切削和微犁削。

粉末成分对等离子熔敷Fe-Cr-C-Ti涂层组织结构的影响

为提高涂层质量和性能,以钛粉或钛铁粉、铬粉、铁粉和碳的前驱体(蔗糖)为原料,在前期制备等离子熔敷Fe-Cr-C涂层基础上添加一定量的Ti,通过前驱体碳化复合技术制备了Fe-Cr-C-Ti等离子熔敷复合粉末,并采用等离子熔敷技术在Q235钢表面原位合成了Fe-Cr-C-Ti涂层。采用SEM对添加不同粉末成分(不同C、Ti、Cr含量)时制备出的涂层的显微组织结构进行了分析。结果表明:随着C含量的增加,涂层中(Cr,Fe)7C3共晶相逐渐增加,奥氏体相相对减少,Ti C颗粒形态从等轴状向树枝状转变。随着Ti含量的增加,Ti C颗粒尺寸逐渐增加,形态由等轴状向树团聚和枝状状转变,(Cr,Fe)7C3共晶逐渐减少,奥氏体相逐渐增加。随着Cr含量的增加,(Cr,Fe)7C3共晶相逐渐增加,奥氏体相逐渐减少,Ti C颗粒形态由树枝状向等轴状转变。

Fe-Cr-C-Mo堆焊合金层的特征分析

对Fe-Cr-C-Mo系堆焊层及其横断面组织、硬度和元素分布等进行了分析和研究。结果表明,Fe-Cr-C-Mo系堆焊层具有硬度高且韧性好的奥氏体基体以及耐磨相马氏体,对其中的碳化物起到保护和支撑的作用;弥散分布的(Cr2.5Fe4.3Mo0.1)C3和(Nb,Ti)C碳化物,硬度高,耐磨性好,起到保护堆焊层基体的作用;堆焊层抗裂性好,与基体结合性好,不易剥落,保护了基材,使得部件整体的耐磨性能提高。

原位生成NbC强化Fe-Cr-C堆焊层磨粒磨损性能

在Fe-Cr-C药芯焊丝中添加适量的铌铁粉,通过自动焊制备出含有适量原位生成的硬质相NbC的堆焊层。研究了硬质相NbC的出现对Fe-Cr-C堆焊层组织和性能的影响。结果表明Fe-Cr-C堆焊层中的M_7C_3略大。含有硬质相NbC的堆焊层初生碳化物大小和分布更加均匀,堆焊层硬度达到61.2 HRC,比Fe-Cr-C堆焊层的54.3 HRC提高了约12.71%,相对耐磨性提高49%。硬质相NbC的显微硬度达到2 234 HV。NbC的断面成不规则的多边形,NbC的分布不均匀,成团簇状聚集在一起。

焊后冷却方式对Fe-Cr-C-B堆焊合金强韧性的影响

为了提高Fe-Cr-C-B堆焊合金的强韧性,采用多元合金Fe-Cr-C-B自保护耐磨堆焊药芯焊丝,通过明弧堆焊方法在Q235母材金属表面制备相应的堆焊合金,焊后分别采用空冷与空冷+水冷却2种冷却方式进行冷却;采用SEM(附带EDS)、XRD、冲击试验机和硬度计等观察并测试了所制备合金的组织结构和性能。结果表明:焊后空冷堆焊合金的宏观硬度为62 HRC,冲击韧性为6.8 J/cm2,组织由板条马氏体+残余奥氏体和(Fe,Cr)2(B,C)、(Fe,Cr)3(B,C)、(Fe,Cr)23(B,C)6硼碳化物组成;空冷+水冷组织较空冷减少了(Fe,Cr)3(B,C)物相,宏观硬度提高了5 HRC,冲击韧性提高了6.7 J/cm2。组织尺寸细化、硼碳化物局部断网和基体中合金元素含量提高等的共同作用,是空冷+水冷堆焊合金宏观硬度和冲击韧性提高的主要原因。

B_(4)C加入量对Fe-Cr-C-B堆焊合金耐磨性的影响

为了提高Fe-Cr-C-B堆焊合金的耐磨性,采用自制的药芯焊丝和CO_(2)气体保护焊法分别制备了B_(4)C加入量为0~7.0%的Fe-Cr-C-B系堆焊合金试样,并采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、硬度计、光谱分析仪、磨损试验机等研究了B_(4)C加入量对其显微组织和耐磨性的影响规律。结果表明:添加了B_(4)C的堆焊合金均由板条马氏体+残余奥氏体基体和初生(Fe,Cr)_(7)(C,B)_(3)+共晶(Fe,Cr)_(3)(C,B)组成。初生硼碳化物的形状为不规则六边形,共晶硼碳化物为粒状+针状。随着B_(4)C加入量的增加,马氏体含量增加,残余奥氏体含量减少,晶粒细小化,基体面积减少;初生硼碳化物数量增加,体积增大,宏观硬度从53 HRC提高到61 HRC,耐磨性呈倒“√”型变化。当B_(4)C加入量为5.6%时,堆焊合金的综合性能最佳,硬度相对未加B_(4)C的提高了6 HRC,耐磨性提高了36%。体积大小适中、分布较为均匀、尺寸较为细小、硬度较高的硬质相与强韧性较好的基体组织配合得当,是其耐磨性提高的主要原因。