影响碳化物硬质颗粒堆焊材料耐磨性的冶金因素

对含有不同碳化物硬质颗粒的几种堆焊材料进行了宏观硬度及显微硬度测定，分析了堆焊材料的显微组织和相结构，并在不同的磨损条件下测定了堆焊材料的耐磨性。研究结果表明，堆焊材料中碳化物硬质颗粒类型、数量、尺寸以及基体金属的成分、显微组织和性能等各方面均会明显影响堆焊材料的耐磨性。     

梯度M_7C_3增强铁基堆焊涂层显微结构与耐磨性研究

采用电弧堆焊工艺在Q235钢板表面制备了不同成分的M_7C_3增强铁基堆焊涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对M7C3增强铁基堆焊涂层的物相和微观结构进行表征,并通过"绝热法"和定量金相方法对堆焊涂层中组成相进行定量统计。采用显微硬度计和纳米压痕仪对堆焊涂层的硬度梯度和微观硬度进行测试,采用自制磨粒磨损试验机和冲蚀磨损试验机对堆焊涂层的耐磨性进行评价。结果表明,M7C3增强铁基堆焊涂层显微组织主要由初生(Cr,Fe)7C3碳化物和共晶(Cr,Fe)_7C_3/γ-Fe+α-Fe基体组成。随堆焊涂层中碳含量上升,初生碳化物尺寸增大、体积占比增加、稀释区厚度降低。与此同时,堆焊涂层抵抗低应力磨粒磨损的耐磨性逐渐增强,抵抗高应力冲蚀磨损的耐磨性逐渐变差。碳化物分布及其与基体的匹配是决定涂层耐磨性的重要因素。涂层中六棱棒状结构的初生(Cr,Fe)7C3碳化物硬度为21.4±0.3GPa,而断续网状结构的共晶(Cr,Fe)_7C_3碳化物硬度为18.8±0.3 GPa。     

Cr3C2颗粒增强型堆焊合金组织与性能分析

对加入Cr3C2的药芯焊丝制备的Cr3C2增强型堆焊合金组织和性能进行了分析。添加Cr3C2的自保护药芯焊丝堆焊工艺性能良好,堆焊表面少飞溅,无裂纹气孔。通过对比实验研究发现,加入Cr3C2的药芯焊丝制备的Cr3C2增强型堆焊合金组织细小,高温冲击韧性明显优于WC颗粒增强型药芯焊丝,合金组织中既有颗粒增强型药芯焊丝堆焊产生的颗粒增强相,又有高铬铸铁型药芯焊丝堆焊产生的高硬度初生碳化物,双重强化机制使堆焊层显微硬度达到含Nb高铬铸铁堆焊层的水平,平均硬度60 HRC以上。     

铌和氧化铈对堆焊金属耐磨性及冲击韧性影响

在自保护药芯焊丝中添加不同量的Nb和氧化铈,分析Nb和氧化铈对堆焊层组织和性能的影响．测试了堆焊层的硬度和冲击韧性,使用自制干砂一橡胶轮装置进行堆焊层试样的磨粒磨损测试．使用光学显微镜、扫描电镜和x射线衍射分析堆焊层的组织,并使用扫描电镜分析了堆焊层磨损后的表面形貌．结果表明：Nb和稀土氧化铈都可以细化堆焊金属,从而使得堆焊金属的硬度提高;Nb的添加对提高堆焊金属的冲击韧性有一定的影响,但是效果不如稀土氧化铈明显;堆焊层的磨损形式主要为显微切削和“犁”作用2种形式,添加Nb和稀土氧化铈后,堆焊层的耐磨性有明显提高．     

高铬不锈钢堆焊合金的超细化显微组织及耐磨性

采用药芯焊丝埋弧堆焊方法制备含1.25%～1.75%C,15%～25%Cr,1.5%～1.8%V,2%～3%W和0.6%～1.0%B(质量分数)的高铬不锈钢合金,借助光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等分析手段,研究其显微组织、表面形貌及成分分布,考察碳化钨及碳含量对高铬堆焊合金硬度和耐磨性的影响.研究结果表明,高铬堆焊合金的显微组织由α-Fe+(Cr,Fe)23C6+(Cr,Fe)7C3+WC+TiB2等组成,其中,碳化钨颗粒从药芯焊丝过渡到堆焊合金前未完全熔化,阻碍晶粒长大,并使其粒度为5～10 μm,因而,工件无预热且焊后不保温缓冷,堆焊合金没有开裂;耐磨粒磨损试验结果表明,高铬不锈钢堆焊合金的相对磨损系数为实芯焊丝H25Cr3Mo2MnV堆焊合金的5～18倍,耐磨性能好;弥散分布的碳化物颗粒强化α-Fe基体,使磨粒锲入受阻,耐磨性增强.     

基于TiC-VC耐磨粒磨损堆焊的显微组织与性能

采用H08A焊芯及石墨、钛铁、钒铁、人造金红石等药皮组分研制了新型耐磨粒磨损堆焊焊条，研究了堆焊层的显微组织与性能．结果表明，通过高温电弧冶金反应生成的碳化物比较均匀地弥散分布于基体组织中，大部分分布于基体组织的晶界上，呈不规则块状、角状或条状．碳化物是TiC、VC的密集集合体．基体组织是典型的低碳马氏体形貌，低碳马氏体基体组织配合弥散分布的碳化物是获得良好抗裂性和高耐磨性堆焊金属的微观基础．堆焊金属主要相构成为α-Fe γ-Fe VC TiC Fe3C．药皮中钛铁、钒铁、石墨加入量增加，堆焊层硬度提高，工艺性能和抗裂性能恶化．堆焊层硬度可达到HRC60以上，相对耐磨性是D667焊条的5倍．     

新型明弧硬面药芯焊丝研制

研制出了新型明弧硬面药芯焊丝 ,堆焊层的显微组织为马氏体加少量残余奥氏体 ,在马氏体上弥散分布着细小的碳化物、氮化物和碳氮化物质点 .试验结果表明 :新型明弧硬面药芯焊丝堆焊层的结合强度高 ,有良好的耐磨性能、抗疲劳裂纹和剥落性能 .堆焊层的硬度为 5 1～ 5 3HRC ,堆焊层硬度不均匀性为± 1.5HRC     

新型碳氮合金化自保护硬面药芯焊丝

研制了一种碳氮合金化自保护硬面药芯焊丝,探讨了碳氮合金化硬面药芯焊丝堆焊层金属中的碳氮化物质点作用,对碳氮合金化堆焊层金属及450～650℃不同热处理温度下的硬度、金属显微组织和微区化学成分以及耐磨损性能进行了分析.结果表明:碳氮合金化自保护硬面药芯焊丝堆焊层金属中的第二相质点为Cr,Ti,V和Nb的碳氮化合物的复合物,这些化合物对堆焊层硬面金属起到析出强化的作用;弥散均匀分布的细小碳氮化物质点可使碳氮合金化硬面金属具有良好的耐磨粒磨损性能.     

连铸辊堆焊药芯焊丝的研究

以Crl3-Mo-Ni-V为合金系，研制出连铸辊堆焊药芯焊丝1Cr13Ni20MoV，并进行一系列性能对比试验，结果表明，1Cr13NiMoV焊丝堆焊金属硬度适中，组织均匀，抗氧化性能和抗热疲劳性能较高，堆焊后轧辊性能优异，使用寿命显著提高，研究发现，堆焊金属抗氧化性，抗热疲劳及耐磨性之间存在着密切关系，提高抗氧化性能，可使堆焊金属抗热疲劳裂纹启裂能力增强，并在很大程度上抑制热疲劳裂纹的扩展，同时可减缓堆焊金属的磨损。     

载气吹送WC制备Fe-Cr-C堆焊层中增强颗粒的微观表征

通过载气吹送颗粒的方法,在堆焊过共晶Fe-Cr-C合金的同时,在该合金中浸润WC陶瓷强化相。通过场发射扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计,对铁基增强WC颗粒堆焊层的显微组织、相变规律、WC颗粒在Fe-CrC合金的熔解相转变机制以及各相的微观硬度进行测试分析。结果表明,采用堆焊同时载气吹送WC颗粒浸润堆焊层的新工艺,可以制备出含WC增强相的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金。WC增强相与Fe-Cr-C堆焊层结合性能良好,WC颗粒表面发生了熔解扩散,形成了Fe3W3C和Fe6W6C两种η碳化物。含WC增强颗粒的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金中,未熔WC颗粒的显微硬度为1 480HV,高于过共晶组织中初生Cr7C3的硬度1 322HV。WC增强相有利于提高过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的耐磨性。     

Reliability evaluation of hardness test methods of hardfacing coatings with hypoeutectic and hypereutectic microstructures

Hardfacing coatings involve hard carbide/boride phases dispersed in a relatively soft steel matrix. For the hardness measurements of hardfacing coatings, depending on the microstructure, both the hardness test method and the applied load affect the hardness results; therefore, they affect the wear performance predictions of the coating. For this reason, the proper hardness test method should be determined according to the microstructure of the coating, and the reliability of the obtained hardness data should be established. This study aimed to determine the most suitable hardness test method for hypoeutectic and hypereutectic microstructures of hardfacing coatings by analyzing the reliability of Rockwell-C and Vickers hardness test results. Reliability analyses showed that Rockwell-C is not a suitable hardness test method for hypereutectic hardfacing coatings. Based on the relationship between wear resistance and hardness, Vickers hardness method was found more suitable for the considered materials.     

非晶碳化硼薄膜

我们用低温等离子化学汽相沉积技术研制的非晶碳化硼(a-BC),硬度为4500～4700HV,表面光洁、细赋,涂层与合金刀具粘结力强,与加工工件的扩散焊接势可以控制,该涂层刀具非常适于切削钛,铝、镍合金和其他非铁材料。     

稀土在WC颗粒复合耐磨材料中的作用

为了提高ＷＣ硬质合金颗粒复合材料的耐磨性,向复合材料的金属基体中加入了不同数量的稀土。采用扫描电镜、Ｘ射线能谱仪、显微硬度计、台式冲击试验机以及销盘式磨损试验机等试验手段,对稀土加入量不同的几种ＷＣ硬质合金颗粒复合材料的金属基体进行了稀土分布及显微组织的分析,测定了基体组织的显微硬度及复合材料的韧性和耐磨性。研究结果表明,稀土富集于奥氏体与碳化物和奥氏体与共晶体两种界面处,少量固溶于奥氏体中。加入适量的稀土产生了明显的微合金化作用,使共晶组织显著细化,提高了金属基体的硬度和韧性以及复合材料的耐磨性。     

石墨烯增强WC-Co硬质合金的制备和力学性能研究

采用机械搅拌和静电吸附工艺制备了氧化石墨烯/WC-Co复合粉体,并对复合粉体的微观形貌进行了表征。利用放电等离子烧结（spark plasma sintering ,SPS）技术制备了石墨烯/WC-Co硬质合金,对复合材料的力学性能进行了测试分析。机械搅拌制备的氧化石墨烯/WC-Co复合粉体经过SPS烧结后得到的硬质合金横向断裂强度和维氏硬度为1 850 MPa,1 830,与不添加石墨烯的WC-Co硬质合金相比分别提高了3.9%,5.8%。静电吸附制备的氧化石墨烯/WC-Co复合粉体经过SPS烧结后得到的硬质合金横向断裂强度和维氏硬度为1 980 MPa,1 850,与不添加石墨烯的WC-Co硬质合金相比分别提高了11.2%,6.9%。     

HRB500E高强度抗震钢筋焊接性能

国内某厂通过铌微合金化和控冷工艺开发试制HRB500E高强度抗震钢筋,采用金相显微镜、维氏硬度计、闪光焊接、疲劳试验机及力学性能测试,对HRB500E钢筋焊接样力学性能、HV5硬度、金相显微组织、焊接接头强度及疲劳强度进行了试验研究。结果表明:焊接前后焊件和母材强度变化小于5 MPa,强度变化不大,焊件拉伸断口远离焊缝,为延性断口,焊接性能良好;在焊接热循环作用下,焊接接头焊缝、热影响粗晶区、热影响细晶区的表层和芯部经历奥氏体化后再结晶,其组织和硬度变化不大;混晶区至母材表层和芯部则经历不完全奥氏体化后的再结晶,母材芯部组织为F+P+B、表层组织为S,表层硬度HV5高于芯部硬度30 HV5,其组织和硬度变化较大;焊接接头的抗拉断负荷从焊缝到混晶区逐渐减小,焊缝和热影响粗晶区的抗拉断负荷比母材的高;采用国际焊接学会推荐的FAT75疲劳设计曲线对钢筋焊接接头疲劳强度设计是安全的。     

钒含量对高碳高钒高速钢组织与性能的影响

对高碳高钒高速钢的显微组织、硬度及热处理工艺进行了试验研究 ,结果表明 ,其显微组织中存在有MC、M6C和M2 C型三种类型的合金碳化物 ,其中MC型碳化物起主要作用。随着含钒量的增加 ,钢中MC型碳化物数量增加 ,其形态由不连续网状向颗粒状转变。     

热力交变作用下WC-12Co硬质合金变形机理

采用Gleeble 1500对WC-12Co硬质合金进行不同温度和应力场的压缩疲劳实验,测量疲劳前后合金硬度的变化,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段观察其组织结构的变化并分析其变形失效机理.结果表明:随着实验温度与加载载荷的升高,WC-12Co合金硬度呈下降趋势,WC晶粒发生圆化,WC晶粒骨架的完整程度下降.WC-12Co合金的疲劳变形失效机理为:在较低变形温度和变形载荷下,塑性变形由WC相中的位错滑移和黏结相马氏体转变所提供,随着变形温度和变形载荷的升高,塑性变形则通过硬质相的层错运动和WC/WC的界面滑动形成黏结相条带来实现.     

反应键合B4C–SiC复合材料的组织和力学性能

Reaction-bonded B₄C–SiC composites are highly promising materials for numerous advanced technological applications. However, their microstructure evolution mechanism remains unclear. Herein, B₄C–SiC composites were fabricated through the Si-melt infiltration process. The influences of the sintering time and the B₄C content on the mechanical properties, microstructure, and phase evolution were investigated. X-ray diffraction results showed the presence of SiC, boron silicon, boron silicon carbide, and boron carbide. Scanning electron microscopy results showed that with the increase in the boron carbide content, the Si content decreased and the unreacted B₄C amount increased when the sintering temperature reached 1650°C and the sintering time reached 1 h. The unreacted B₄C diminished with increasing sintering time and temperature when B₄C content was lower than 35wt%. Further microstructure analysis showed a transition area between B₄C and Si, with the C content marginally higher than in the Si area. This indicates that after the silicon infiltration, the diffusion mechanism was the primary sintering mechanism of the composites. As the diffusion process progressed, the hardness increased. The maximum values of the Vickers hardness, flexural strength, and fracture toughness of the reaction-bonded B₄C–SiC ceramic composite with 12wt% B₄C content sintered at 1600°C for 0.5 h were about HV 2400, 330 MPa, and 5.2 MPa·m0.5, respectively.     

TiAlN/AlON纳米多层涂层组织及性能研究

研究AlON层厚度对TiAlN/AlON纳米多层涂层显微组织和性能影响.使用磁控溅射技术在高速工具钢（W6Mo5Gr4V2）上制备TiAlN/AlON纳米多层涂层,使用X射线衍射仪（XRD）、显微硬度计、通用表面测试仪表征和分析纳米多层涂层的组织和性能.结果表明:在TiAlN模板的作用下,非晶体的AlON转变为晶态,与TiAlN形成共格外延生长,使纳米多层涂层出现了超硬现象.当AlON层厚度为0.81 nm时涂层硬度最高,达到3 769.6 HV,比TiAlN单层涂层显微硬度提高了60.37%;之后随着AlON层厚度增加,硬度下降.当AlON层厚度为0.81 nm时,涂层抗刮性和摩擦磨损性能也达到最好.      

新型高铝铜合金喷焊层的组织与形成过程

利用等离子喷焊技术在45#钢表面制备新型高铝铜合金(Cu-14Al-X)喷焊层.采用光学显微镜、场发射扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)研究喷焊层金相组织特征、宏观硬度和显微硬度、喷焊层与基体的结合特点以及喷焊层形成过程.结果表明,该合金粉末喷焊层的重熔过程具有快速凝固的特征.在重结晶过程中,富含Fe、Co等元素的高熔点、高硬度相首先析出,在喷焊层中形成硬质相,使得合金喷焊层的宏观硬度和显微硬度均较普通铜合金涂层高,宏观硬度高达261 HV,显微硬度高达424.2 HV.