Fe-Cr-C-Nb堆焊合金抗冲击磨损性能研究

以Fe-Cr-C-Nb堆焊熔敷金属为试验材料,进行了动载冲击磨损试验。通过X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析、激光扫描共聚焦显微镜分析等检测方法表征了冲击能量对熔敷金属的显微组织及其抗冲击磨损性能的影响进行了研究。结果表明:随着冲击能量的增加,磨损失重、磨痕粗糙度均减小;堆焊合金的磨损机制为磨粒法向挤压作用及对奥氏体基体的强塑变犁耕作用;随着冲击能量的增加,熔敷金属表面产生加工硬化,使奥氏体基体具有一定的耐磨粒侵蚀性,导致磨损失重随冲击能量的增大而减小。

载荷对Fe-Cr-C-Nb堆焊合金滑动磨粒磨损行为影响

以Fe-Cr-C-Nb堆焊熔敷金属为试验材料,进行了环块三体磨粒磨损试验。利用扫描电子显微镜、能谱分析、激光扫描共聚焦显微镜等测试方法表征了熔敷金属的显微组织及磨损性能,研究了相同转速不同载荷条件下该熔敷金属的三体磨粒磨损行为。结果表明:随着法向载荷的增加,磨损质量逐渐增加,但在高载荷下增幅变缓。堆焊合金的磨损机制为磨粒对奥氏体基体的强塑变犁耕作用以及对Nb C,共晶M7C3的局部脆性剥落。磨损后材料亚表面产生形变马氏体组织,提高了奥氏体基体的硬度,并且随法向载荷的增大,表面硬度逐渐升高,从而导致材料亚表面显著加工硬化,使得熔敷金属在高载荷下表现出较好的耐磨性。

TiC钢结硬质合金与堆焊过渡层的界面组织及性能研究

采用ERNiCrMo-3焊丝在TiC钢结硬质合金上堆焊过渡层,使用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、万能试验机对不同热输入下TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3熔敷金属界面的组织性能进行研究。结果表明:TiC钢结硬质合金和ERNiCrMo-3熔敷金属之间存在厚度为60~150μm的熔合区。随着焊接热输入的增加,熔合区的厚度逐渐增加;当热输入为3.5 kJ/cm时,界面处组织分布均匀,无气孔、裂纹以及晶粒异常长大现象。母材和堆焊金属之间存在元素扩散现象,二者实现了冶金结合;母材和堆焊焊缝之间存在一个硬度逐渐变化的缓冲区域;TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3堆焊金属界面剪切强度最高可达到443 MPa,满足恶劣工况下对耐磨件与基体结合性能的要求。

温度对Stellite6与Stellite21合金堆焊层组织与性能的影响

采用等离子堆焊技术在304H不锈钢上分别堆焊Stellite6和Stellite21钴基合金,研究了在550~650℃不同温度下钴基合金堆焊层的显微组织和性能演变规律。利用光学显微镜、扫描电镜与电子探针对堆焊层组织形貌及结合处元素分布进行观察分析,采用显微硬度计与电化学工作站分别对堆焊层的显微硬度与耐腐蚀性能进行检测。结果表明:两种合金堆焊层组织由熔合区的平面晶、中部柱状晶及顶部的等轴晶组成。随着温度升高,堆焊合金枝晶间距略有增大,熔合处无明显元素扩散,具有良好的组织稳定性。焊态Stellite6、Stellite21合金堆焊层的显微硬度分别为463、365HV0.3,受热后两种合金堆焊层硬度略有降低;焊态Stellite6、Stellite21合金堆焊层的腐蚀电流密度分别为1.312、10.848μA/cm^(2),受热后两种合金腐蚀电流密度均略增大。总体而言,在550~650℃下两种合金均具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性能。

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。

6061铝合金搅拌摩擦增材堆焊工艺研究

采用搅拌摩擦增材制造技术进行A6061铝合金表面堆焊工艺试验。采用光学显微镜和扫描电镜观察堆焊层的晶粒组织形貌,分析工艺参数对堆焊层形状尺寸和晶粒尺寸的影响,并进行拉伸性能测试。结果表明:在其他工艺参数不变的情况下,金属棒料的旋转速度为338 r/min,送料速率为440 mm/min,刀具底部与金属底板表面的间隙为2.8 mm时,热塑变材料在长度方向的堆焊铺展效率最高;堆焊层的晶粒尺寸随着送料速率逐渐增加,表现为先显著减小而后逐渐趋缓;堆焊层的晶粒尺寸随着金属棒料旋转速度增加而增加;堆焊层各区域中的晶粒尺寸大小排列顺序为:中心>上方>下方;堆焊层材料的抗拉强度和屈服强度均略高于锻件材料,两者的延伸率则基本相当,堆焊层拉伸断口为典型延性断裂形貌。

镍铜合金FCAW-G堆焊工艺研究

采用药芯焊丝气体保护焊(FCAW-G)对Q345R钢试板进行了镍铜合金N04400堆焊工艺评定,依照NB/T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》要求对堆焊层的弯曲、化学成分及金相组织进行了检测。试验结果表明:采用80%Ar+20%CO_(2)混合保护气体,选用型号为ENiCu7T0-4的药芯焊丝进行过渡层及耐蚀层的堆焊,可以获得性能优良的耐蚀层,其化学成分满足标准要求,为镍铜合金实现高效堆焊提供了一种新的工艺参考。

堆焊修复合金支承辊的无损检测分析

堆焊修复支承辊制作工艺复杂,尤其是高碳合金支承辊的修复工作,涉及多种材料的焊接。传统的堆焊支承辊无损检测方案无法有效检测到各个区域不同类型的缺陷,且检测中容易对轧辊问题产生漏判甚至误判,进而引发安全隐患,如带缺陷上机可能会造成剥落及断辊等恶性事故。某些选用的过渡材料焊接在成型后为奥氏体形态,与高碳母材和堆焊工作层组织的差异较大,且修复周期较长,过程中人、机、料、法、环的任何偏差都可能导致修复结果异常。对此,堆焊修复支承辊需要进一步研究采用有效的无损检测工艺进行检测,并制定系统的评定要求。文章对该类特殊堆焊修复支承辊无损检测的有效性及方案进行研究,以提高该类堆焊修复轧辊无损检测验收的可靠性和有效性,进一步保证该类轧辊的修复质量和使用安全,以期为轧辊堆焊修复质量控制工艺提供技术支持和参考。

Ti和Nb对铁基堆焊合金组织性能的影响

改变Ti或Nb的添加量制备Fe-Cr-C-B系铁基堆焊合金.借助扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机对堆焊合金组织性能进行测试分析.结果表明,在含Ti或Nb的堆焊合金中,初生奥氏体晶粒细化,共晶组织呈断网状均匀分布,并分别有黑色圆形或块状TiC和菱形或三角形NbC硬质相颗粒生成,添加5%Ti的堆焊合金组织最细小.TiC或NbC硬质相颗粒在组织中呈均匀弥散分布,能够作为耐磨质点与细化的初生奥氏体和共晶组织构成耐磨骨架,共同抵抗磨粒的楔入与切削作用.当Ti添加量为5%时,含Ti堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为66 HRC,磨损量为0.048 7 g;当Nb添加量为4%时,含Nb堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为65 HRC,磨损量为0.052 4 g.在同等条件下,含有适量Ti的铁基堆焊合金具有更优的耐磨性.

CaCO_(3)对复合粉粒和实心焊丝明弧堆焊高铬合金组织及耐磨性的影响

目的将活性剂引入复合粉粒,旨在改变电弧对其的作用属性,以提高堆焊金属的合金化元素量,从而改善其耐磨性。方法以复合粉粒和实心焊丝作为填充材料,采用自保护明弧焊法制备系列高铬合金。借助X射线衍射仪、扫描电镜及附属电子能谱仪等手段,研究复合粉粒添加CaCO_(3)含量对其堆焊高铬合金的组织及耐磨性的影响。结果随着CaCO_(3)添加量增大,焊缝的碗形熔深随之消除,堆焊合金的粉粒填充量由43.7%提高到47.5%,熔合比由0.281降低至0.140。这使堆焊合金组织由亚共晶变为过共晶结构,初生M7C3相的体积分数随之明显增加,堆焊合金硬度从55.4HRC提高至62.3HRC,磨损质量损失从54.9mg降低至16.7mg,耐磨性净增加2.3倍,合金磨损方式包括微观切削和显微剥落。高速摄影仪所拍电弧影像和电流电压数据显示,复合粉粒添加CaCO_(3)粉,使其堆焊电弧形态从圆锥形转变变为扁平钟罩形,电弧覆盖面积扩展约2倍。结论复合粉粒引入CaCO_(3)粉,促使电弧扩展,这不仅提高了复合粉粒的熔化量,而且显著降低了母材的稀释作用,以微小成本而显著改善了合金组织及耐磨性。

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。

硼含量对NiCrB堆焊合金高温氧化性能的影响

目的探究硼含量对NiCrB堆焊合金高温氧化性能的影响。方法以粉芯丝材为原材料,利用氩弧焊工艺制备5种不同硼含量的NiCrB(B的质量分数为0~3.5%)堆焊合金,在800℃的温度下进行氧化试验,总氧化时间为200 h。通过XRD和SEM检测样品的物相组成和微观形貌,并用EDS分析化学成分。堆焊合金氧化前后的硬度通过维氏硬度计测量。结果随着硼含量的提高,堆焊合金中硼化物的含量逐渐增加,因此堆焊合金的硬度也逐渐升高。氧化后,硼含量为0的NiCr堆焊合金表面生成致密的Cr_(2)O_(3)氧化膜,抗氧化性能为最佳。硼的质量分数≥0.8%的堆焊合金表面形成含有Cr_(2)O_(3)和CrBO_(3)的氧化膜,其抗氧化性能因CrBO_(3)含量的升高而降低。硼的质量分数为0.8%时,NiCrB堆焊合金的抗氧化能力接近NiCr合金,当硼的质量分数≥1.6%后,氧化膜逐渐变为疏松,硼含量越高,氧化膜剥落面积越大。硼的质量分数为3.5%时,堆焊合金与氧化膜界面处的CrB和Cr_(5)B_(3)优于铬发生氧化,成为氧向内部扩散的通道。氧化后合金的硬度变化很小。结论硼的质量分数为0.8%的NiCrB堆焊合金的硬度有明显提高,并有较好的抗氧化性,硼的质量分数≥1.6%后,CrBO_(3)的大量产生降低了氧化膜的保护性。

钒含量对Fe-Cr-V-B-C系堆焊合金显微组织和耐磨性能的影响

采用复合粉体颗粒+H08A实心焊丝的自保护明弧焊法在Q235A钢表面制备了Fe-Cr-V-B-C系高硼堆焊合金,研究了钒质量分数(0~7.5%)对合金显微组织及耐磨性能的影响。结果表明:当钒质量分数为0时,堆焊合金由α-Fe、M_(2)B和M_(3)C等相组成;当钒质量分数为1.5%,块状M_(2)B相的含量和尺寸增大,其晶间析出点状、十字花状VC相;当钒质量分数增至3.0%和4.5%时,初生M_(2)B晶粒细化;当钒质量分数增至6.0%时,M_(2)B相晶间和晶内析出针状和条状V_(3)B_(2)相;当钒质量分数增至7.5%时,V_(3)B_(2)相明显增多,M_(2)B相减少。随着钒含量的增加,堆焊合金的硬度先升后降,磨损质量损失先降后升,当钒质量分数3.0%时,硬度最高,为61.6 HRC,磨损质量损失最小,为0.019 4 g,堆焊合金耐磨性能最佳。

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。

环境温度对AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金温度场及应力场的影响

环境温度对非熔化极气体保护焊(TIG)堆焊过程中堆焊层的温度场与应力场有着重要影响。为了探明AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金过程中缺陷的产生原因,采用ABAQUS有限元分析软件,对不同热输入量和不同环境温度条件下TIG堆焊Inconel 625合金的温度场和应力场分布规律进行研究。结果表明,当堆焊工艺参数相同时,在较低的环境温度下(0℃)焊缝残余应力高,分布不均匀,焊接变形大,容易产生焊接缺陷。通过适当降低焊接电流及焊接速度,在保证热输入量的条件下,可降低焊接峰值温度、残余应力及应变,从而减少裂纹、孔洞等焊接缺陷的产生,提高焊接质量。

低合金钢堆焊镍基合金接头中的宏观偏析研究

在T23低合金钢上堆焊了ERNi Cr-3镍基焊材,研究了低合金钢堆焊镍基合金接头中的宏观偏析特点及形成机理。利用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射仪(EBSD)等分析工具,对堆焊后接头焊接界面处的组织进行了表征。结果表明,宏观偏析主要发生在焊道交叠处,在靠近熔合线的焊缝中形成Fe含量较高且晶体结构与低合金钢母材一样的条带状组织。宏观偏析的形成主要与母材和焊材的液相线温度差异有关,镍基焊材液相线温度低于低合金钢母材导致在焊道交叠处的局部熔池温度低于母材液相线温度,熔化的母材对流进入该区域会因为过冷而快速凝固,从而导致宏观偏析。选用与母材液相线温度更接近的焊材、降低焊接热输入有利于减少宏观偏析的发生。

新型镍基合金带极堆焊金属三维组织特征

为研究新型镍基合金带极堆焊金属组织特征,采用光学显微镜、EBSD等手段对新型镍基合金EQNiCrFe-13带极埋弧堆焊金属X,Y,Z 3个方向的组织进行了表征和分析。结果表明,新型镍基合金带极埋弧堆焊金属Z面的平均晶粒尺寸主要分布于180~220μm范围,呈等轴晶特征,X面和Y面的平均晶粒尺寸主要分布于260~310μm范围,呈明显的柱状晶特征,Z面的晶粒尺寸明显小于X面和Y面。3个观察方向上的晶粒,欧拉角分布基本一致,Y方向晶粒取向主要为{011}<100>和{001}<010>,Z方向晶粒取向主要取向为{001}<100>和{011}<100>。由所得的晶粒尺寸及取向结果分析得出结论,新型镍基合金带极埋弧堆焊金属的结晶方向垂直于熔合面,晶粒具有典型的垂直生长的柱状晶特征,堆焊金属组织具有较强的择优取向,内部存在较强的立方织构和高斯织构。

铁基堆焊合金表面涂层耐磨性的研究进展

由磨损造成的材料表面损失是农业、矿山、土方设备等机械零件面临的主要问题。通过堆焊技术在基体上堆焊具有优异耐磨性能的堆焊合金,可以显著延长或提高机械零件的使用寿命。铁基堆焊合金相比于镍基和钴基具有成分变化范围宽,性能调控容易,价格低廉等优点,因而受到广大学者的关注。对铁基堆焊合金表面涂层耐磨性的研究进展进行了综合评价,着重从成分设计、化合物掺杂以及后处理工艺3个方面对铁基堆焊合金耐磨性能强化途径进行了概述,并对其发展方向提出了一些看法,希望对今后关于堆焊合金耐磨性能工作的开展具有一定的指导意义。

铝合金摩擦堆焊工艺与微观组织演变研究

采用摩擦堆焊技术在2024铝合金表面得到成型良好的6061铝合金堆焊层。适当提高轴向进给速度可以改善堆焊层的成型。堆焊层横截面呈流线组织,中心区域堆焊层与基板界面结合良好,但前进侧与后退侧界面处存在结合不足的缺陷。对堆焊层进行电子背散射衍射(EBSD)分析得出,摩擦堆焊过程中发生动态再结晶,堆焊层晶粒呈高度细化的等轴晶,且小角晶界比例提高。由于堆焊层不同区域热输入存在差异,晶粒细化程度和小角晶界比例略有不同。6061-T6铝合金经过摩擦堆焊,其热处理强化效果消失,堆焊层硬度相较于原始棒材发生一定程度的降低。

Cr元素对Fe-B堆焊合金的金相组织与性能的影响

为了提高Fe-B堆焊合金的耐磨性,利用等离子堆焊技术在Q235钢材料表面熔覆不同铬含量的Fe-B-Cr堆焊合金层,通过金相分析、扫描电镜分析、X射线衍射分析,研究Cr元素含量对Fe-B-Cr堆焊合金的组织、硬度和耐磨性的影响。结果表明:随着Cr含量的添加,Cr固溶于Fe和Fe_(2)B中,堆焊合金由(Fe,Cr)和(Fe,Cr)2B组成,Cr含量的增加未使Fe-B堆焊合金中生成新相,合金组织由Fe_(2)B和Fe+Fe_(2)B的共晶组织构成。Cr元素的添加显著提高了Fe-B堆焊合金的硬度和耐磨性。Cr-2的硬度较Cr-0显著升高。随着Cr含量的不断增加,堆焊合金的硬度值呈上升趋势,Cr-10堆焊层表面硬度高达67 HRC。Cr-10堆焊层的磨损量降到最低,为0.0275 g,其相对耐磨性较Cr-0提高了375%。