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激光熔覆陶瓷相颗粒增强Fe基熔覆层的研究

王晓荣  
【摘要】: 在冶金、矿山、建材、化工、煤炭等行业,磨损造成的损失占生产成本相当大的比例,因而在工件表面熔覆一层耐磨层以提高其表面的耐磨性,具有巨大的经济和社会效益。本文采用激光熔覆和原位自生技术,在Q235低碳钢母材表面制备了TiC-VC-Mo2C复合颗粒增强的Fe基耐磨熔覆层,利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计以及滑动磨损试验机等测试分析手段,系统研究了激光熔覆层的显微组织和性能。 研究了熔覆功率、扫描速度、预置粉末厚度、多道搭接率等对熔覆层表面成形及性能的影响。研究结果表明,当激光熔覆工艺参数为熔覆功率2500W、扫描速度5mm/s、光斑直径3mm、保护气体流量15-20L/min、预置粉末厚度约1.0mm、多道间搭接率约30%时,熔覆层具有较好的表面成形,同时能够实现大面积熔覆。 研究了合金粉末的不同组分及加入量对熔覆层组织和性能的影响。钛铁、钒铁、钼铁的加入,通过与石墨的原位合成反应,可以在熔覆层中生成大量的碳化物颗粒,从而起到颗粒增强作用。但是,当这些合金粉末加入量超过一定量后,增加了熔体的粘度而降低了熔体的流动性,使熔覆层成形变差,甚至出现裂纹。硼铁的加入可以细化熔覆层的硬质相颗粒,且使基体组织由针状铁素体向珠光体和高碳马氏体组织转变。铬铁的加入可以使铬与铁固溶形成固溶强化,提高了熔覆层基体的硬度,但是,铬铁加入量超过一定量后,会导致基体中脆而硬的低温莱氏体产生,进而增加了熔覆层的裂纹倾向。 采用钛铁(Fe-Ti40)、钒铁(Fe-V50)、硼铁(Fe-B16)、钼铁(Fe-Mo60)、铬铁(Fe-Cr70)等粉末制备出TiC-VC-Mo2C复合颗粒增强Fe基熔覆层,表面成形较好,内部无夹渣、裂纹等缺陷,组织细密,硬质相分布均匀弥散。复合熔覆层的耐磨损机制主要为显微切削和局部的疲劳脱落引起的粘着脱落。由于熔覆层具有较高的平均显微硬度(1102.5HV0.3),使得熔覆层在磨损过程中难于发生塑性变形,因而具有优异的耐磨损性能。在相同试验条件下,复合熔覆层的磨损失重约为母材的1/20,即熔覆层的耐磨性约为Q235母材的20倍。


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