等离子弧堆焊铁基熔覆层组织结构与磨损行为.pdf

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1、第35卷第3期焊接学报Vo1．35No．32014年3月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMarch2014等离子弧堆焊铁基熔覆层组织结构与磨损行为姚海华，周正，贺定勇，赵秋颖，李冉(1．北京工业大学材料科学与工程学院，北京100124；2．北京工业大学机械工程博士后流动站，北京100124)摘要：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

2、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固溶体相与一Fe相构成，其间包裹着大量弥散分布的富钼硼化物和M，(B，C)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．关键词：等离子弧堆焊；铁基熔覆层；微观组织结构；磨损行为中图分类号：TG455文献标识码：A文章编号：0253—360X(2014)03—0076—050青

3、专采用PTAW技术在AISI304L不锈钢表面制备相应熔覆层，对其微观组织结构形成特征和磨损行为等进行表征，并与常用的镍基熔覆层进行了对比研究，在矿山开采、油气钻探等工业领域，关键部件在恶劣工况条件下的磨损造成了巨大的经济损耗，也探索其作为高磨损环境中表面防护熔覆层替代材料严重影响了生产效率⋯，提高其耐磨性能成为该领的可行性．域亟待解决的问题之一．一般来说，磨损往往诱发于材料表面，因此为了抑制由于表面局部损伤而导1试验方法致的构件整体破坏，通常采用合理的表面防护技术，赋予其比基材更为优异的耐磨性能，从而延长整体所设计的铁基多元合金粉末选用工业级金属、构件的服役寿命．其

4、中与传统表面强化方法相比，合金和陶瓷粉末，依据设计成分配比并采用机械混等离子弧堆焊(plasmatransfefredare—welding，合法制得，粉末粒度为100～200目，合金名义成分PTAW)技术具有熔敷率高、稀释率低、粉末适用范为(质量分数，~／6)：Cr(13～16)，Mo(25～28)，B(3围广等优点E2-5]，被认为是解决类似服役条件下部～4)，C(1～1．5)，Si(0．5～1)，Mn(0．5～1)，Fe余件磨损问题，并实现表面强化和修复相结合的较为量．对比的镍基材料为商用NiCrBSi合金粉末(以下经济、有效的技术手段之一．简称Ni60)和Ni

5、CrBSi+25％WC金属陶瓷粉末(以目前PTAW所涉及的熔覆材料主要包含铁基、下简称Ni60WC25)，粉末粒度为120～200目．基体钴基和镍基合金粉末，其中又以NiCrBSi合金及添材料选用尺寸为200mill×100mm×10mm的AI—加WC颗粒作为增强相的熔覆层在常温或中温磨损SD04L不锈钢，堆焊前对其表面进行除锈、除油等净条件下应用较为广泛．然而由于镍和钨均属于稀缺化处理，并进一步用白刚玉喷砂去除其表面氧化膜．金属，其所带来的高昂成本在实际工程中逐渐难以采用L5-400PC型等离子弧堆焊系统制备相应的熔接受．因此开发低成本、高性能的铁基熔覆层替代覆层，

6、具体工艺参数为转移弧电压30V，转移弧电流材料已成为近年来该领域研究的热点问题之一．而80A，送粉电压5．0V，离子气体、送粉气体和保护气现有铁基熔覆材料主要以FeCrBSi等自熔性合金为体均为工业纯氩气，流量分别为260，260和400主，其耐磨表现与NiCrBSi+WC等熔覆层存在一定L／h，喷焊距离13mm，熔覆层厚度约为2～3mm．差距．基于此，设计开发了一种铁基多元合金粉末，利用SHIMADZUXRD-7000型多晶x射线衍射仪(XRD)对熔覆层表面的相结构进行分析，i贝0试前收稿日期：2012—12—19去除试样表面氧化层并打磨平整．采用HITACHI-基

7、金项目：北京工业大学博士科研启动基金资助项目(009000543112534)参加此项研究工作的还有蒋建敏$3400N型扫描电子显微镜(SEM)表征熔覆层的微焊接学报第35卷peraturewearresistanceofNi—basedWCcompositelayerdeposi-HRC，其相对耐磨性明显优于添加25％WC的tedbyPTAW[J]．TransactionsoftheChinaWeldingInstitution．NiCrBSi熔覆层，并达到单一NiCrBSi熔覆层的8倍2009，3O(5)：65—68．以上，可以成为一种适宜的耐磨