【摘要】：鐵硼合金廣泛用作耐磨損零件材料,主要因其較為優(yōu)異的耐磨粒磨損性能,且其主耐磨相Fe2B易形成,比同類高鉻鑄鐵更為經(jīng)濟(jì)。在低碳鋼基體上以堆焊增材制造硼合金,其熔敷層所受拘束度小,可獲得更高厚度的耐磨合金層,提高零件在惡劣磨損條件下的服役壽命。然而,由于藥芯焊絲需加入銀片石墨來(lái)改善拉拔塑性,使堆焊熔敷硼合金以中高碳型為主,導(dǎo)致其變態(tài)脆性共晶α-Fe+Fe3(B,C)體積分?jǐn)?shù)過(guò)高。極易萌生裂紋,致使熔敷合金易在外加載荷作用下剝落,妨礙其應(yīng)用推廣,因而中高碳型硼合金均面臨“增韌”難題。鑒于此,本文采用“控碳增韌”原理,添加大量Ti組分,熔體首先原位析出高熔點(diǎn)高硬度的TiC相,固定大量的自由碳原子減少其形成變態(tài)共晶的概率,實(shí)現(xiàn)對(duì)中高碳型硼合金的增韌。本文在課題組已有研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,在藥芯中添加Cr、Si等組分,改變初生硼化物形態(tài)并增加M2B相韌性。制備出一種耐磨性能良好的高硼耐磨合金,使之滿足嚴(yán)苛工況條件下零部件的使用要求。用藥芯焊絲明弧焊方法在低碳鋼母板上熔敷三層Fe-C-Cr-Ti-B系硼合金,借助金相顯微境、X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡以及其附帶的能譜儀,配合硬度和耐磨性測(cè)試,探討了不同B組分下Ti對(duì)中高碳型熔敷合金的顯微組織和耐磨性的影響機(jī)理,并研究了V替代Ti組分對(duì)其合金組織及耐磨性的作用效果。首先,以碳化硼和硼鐵組分聯(lián)合加硼,研究了Ti對(duì)其明弧焊熔敷Fe-C-Cr-B系合金的顯微組織和性能影響。結(jié)果顯示,先析出TiC相可充當(dāng)初生M2B相的非均勻成核核心,使之細(xì)化且彌散分布,隨后包裹M2B相形成的相為M_(23)(C,B)_6而非M3(C,B)。由于先于M3(C,B)形成的M_(23)(C,B)_6相消耗了堆焊熔體大量的碳、硼自由原子,使剩余熔體無(wú)法滿足形成變態(tài)共晶α-Fe+M3(B,C)的成分要求,從而有效規(guī)避脆性共晶的形成而使合金增韌。但TiC相大量析出,熔體析出M2B相所需的硼原子擴(kuò)散供給阻力減小而使之尺寸增大。同時(shí),內(nèi)置于M2B相的TiC不斷吸收M2B相生長(zhǎng)所排擠出來(lái)的碳原子而長(zhǎng)大,致使M2B相脹裂。隨著Ti含量增加,高硼堆焊熔體晶體生長(zhǎng)方式逐漸由非小平面型轉(zhuǎn)變?yōu)樾∑矫嫘�。接�?研究了Ti對(duì)只加B_4C組分的高硼堆焊合金的顯微組織和性能的影響。當(dāng)藥芯組分加入1.3%的銀片石墨,XRD譜顯示堆焊合金出現(xiàn)了氧化物FeO,這表明其自保護(hù)性能明顯不足。結(jié)果顯示,Ti促進(jìn)碳化硼分解,使初生M2B的析出變易;但當(dāng)Ti鐵組分加入量超過(guò)16.7%時(shí),其合金組織發(fā)生顯著改變,作為主耐磨相的初生M2B相消失而使合金耐磨性受到嚴(yán)重影響。Ti鐵組分加入量超過(guò)30%時(shí),堆焊熔敷硼合金的耐磨性提高至最佳。石墨加入量3.3%時(shí),堆焊合金未出現(xiàn)初生M2B,只有當(dāng)Ti鐵組分量增加一定量時(shí)才析出。適宜的Ti量可形成α-Fe基體以及Ti C、M2B和M_(23)(C,B)_6等的多種相組成的強(qiáng)韌性配合良好組織。但石墨添加過(guò)量,碳化硼的分解受到抑制,不利于M2B等硬質(zhì)相的形成。最后,探討Ti對(duì)只添加FeB18組分高硼堆焊合金的顯微組織和性能的影響。當(dāng)石墨添加量為1.3%時(shí),初生M2B大量析出,但因碳原子供給不足,M2B無(wú)M_(23)(C,B)_6包裹。隨著Ti含量升高,其組織從過(guò)共晶型轉(zhuǎn)向亞晶或共晶型,硬度和抗磨損性能顯著下降;石墨添加量為3.3%時(shí),Ti可改變M2B析出形式和晶粒取向。Ti含量增加,合金主耐磨相由不規(guī)則的團(tuán)狀變?yōu)橐?guī)則四方,再轉(zhuǎn)為條狀,并逐漸減小直至消失,致使其組織形態(tài)由過(guò)共晶轉(zhuǎn)向共晶。Ti能使初生耐磨相的顯微硬度增加。在鈦含量不變和碳含量增加的條件下,初生相形態(tài)由長(zhǎng)條狀、方塊狀變?yōu)閳F(tuán)狀,由M2B相變?yōu)镸_(23)(C,B)_6+M2B復(fù)合相,合金硬度提高脆性增大耐磨性下降。
【圖文】：

鐵-硼二元相圖

6圖 1-2 鐵-鉻-碳合金液相面投影圖[59]Fig.1-2 Liquidus projection of the iron corner of the Fe Cr C ternary system1.3.2 高硼合金的組織高硼合金中加入合金元素種類或含量不同其形成的組織不同�；w組織有馬體 (martensite) 、 鐵 素 體 (ferrite) 和 奧 氏 體 (austenite) 以 及 γ-Fe+Fe2B+Fe3C γ-Fe+Fe3(C,B)等共晶組織[61,62]。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG135.6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 莊明輝;李慕勤;王軍;蔡丁森;;碳化硼對(duì)粉/絲復(fù)合堆焊高硼鐵基合金組織結(jié)構(gòu)的影響[J];焊接學(xué)報(bào);2015年10期

2 楊博翔;龔建勛;劉江晴;;釩對(duì)高鉻堆焊合金層組織形態(tài)及耐磨性的影響[J];熱加工工藝;2015年19期

3 龔建勛;許繼青;路德斌;吳慧劍;;TiC顆粒對(duì)鐵-碳-鉻-硅合金堆焊層顯微組織及耐磨性的影響[J];機(jī)械工程材料;2015年04期

4 許繼青;龔建勛;田兵;;電流對(duì)明弧高硼堆焊合金顯微組織及耐磨性的影響[J];金屬熱處理;2015年01期

5 王智慧;萬(wàn)國(guó)力;賀定勇;蔣建敏;崔麗;;Fe-Cr-B-C堆焊合金的組織與耐磨性[J];材料工程;2014年09期

6 孫曉峰;史佩京;邱驥;馬世寧;;再制造技術(shù)體系及典型技術(shù)[J];中國(guó)表面工程;2013年05期

7 朱勝;;柔性增材再制造技術(shù)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年23期

8 龔建勛;丁芬;唐天順;肖逸鋒;;硅對(duì)自保護(hù)明弧堆焊合金Fe-Cr-C-B顯微組織及性能的影響[J];焊接學(xué)報(bào);2013年07期

9 劉俊英;張宏梅;蔣伯平;張慧星;張國(guó)勝;;攤鋪機(jī)后軸輪的耐磨合金堆焊再制造[J];工程機(jī)械;2013年03期

10 李玉恒;劉彥隨;;中國(guó)城鄉(xiāng)發(fā)展轉(zhuǎn)型中資源與環(huán)境問題解析[J];經(jīng)濟(jì)地理;2013年01期

，

本文編號(hào)：2545917