本文關(guān)鍵詞：熱作模具再制造用堆焊焊條的研究

  更多相關(guān)文章： 熱作模具 堆焊焊條 氮合金化 碳氮化物 組織性能 高溫磨損

【摘要】：隨著工業(yè)自動化程度的提高,熱作模具在汽車、機(jī)械等產(chǎn)業(yè)中的地位越來越重要,性能要求也不斷向大型、精密、高效率、高壽命等方向發(fā)展。在服役過程中,熱作模具不僅要承受巨大載荷,還要與高達(dá)1200℃的工件金屬接觸,使得模具型腔的表面溫度長期保持在450～600℃,另外還要承受周期性的交變應(yīng)力和摩擦作用,工作條件差,經(jīng)常因磨損、變形或疲勞而失效。目前,使用堆焊技術(shù)制造模具或修復(fù)報(bào)廢的模具是一種質(zhì)量可靠、成本低、應(yīng)用靈活的方法。本文以Cr13馬氏體不銹鋼型堆焊焊條為基礎(chǔ),通過向焊條藥皮中添加Ti、V、Mo、W、Cr、Ni等元素進(jìn)行合金化,采用向焊條藥皮中添加CrN的方式實(shí)現(xiàn)堆焊金屬的氮合金化,設(shè)計(jì)制備了新型熱作模具堆焊焊條。通過熱力學(xué)計(jì)算,分析了堆焊金屬中碳氮化物的析出行為和強(qiáng)化作用,研究了堆焊金屬在高溫氧化環(huán)境下的摩擦磨損特性,并對其磨損機(jī)制進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,新型熱作模具堆焊焊條的堆焊金屬組織為馬氏體、少量殘余奧氏體、以及細(xì)小而彌散分布的碳化物,而且碳化物是Ti、V、Mo、Cr等合金元素聚集生長的復(fù)合碳化物。這類復(fù)合碳化物與強(qiáng)韌性的馬氏體基體相結(jié)合,表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨性。堆焊金屬氮合金化的研究發(fā)現(xiàn),Ti、V、Mo、Cr、Mn等元素能夠增大氮在液態(tài)熔池中的溶解度,提高堆焊金屬中氮的固溶度,而且這些合金元素還可以與碳、氮結(jié)合,形成復(fù)雜的碳氮化物,進(jìn)一步提高了堆焊金屬中的氮含量,使得氮合金化成為可能。氮合金化堆焊金屬組織為馬氏體、少量殘余奧氏體,在晶界和馬氏體基體上還彌散分布著很多細(xì)小的碳氮化物粒子。隨著氮含量的增多,堆焊金屬中的碳氮化物數(shù)量增多,且尺寸逐漸增大、分布亦更加均勻。馬氏體不銹鋼型堆焊金屬的焊接性較差,為了避免產(chǎn)生裂紋,需要進(jìn)行焊前預(yù)熱。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式,氮合金化可把堆焊金屬的Ms點(diǎn)溫度降低到191℃左右,堆焊時(shí)可以選擇更低的預(yù)熱溫度和層間溫度,可有效節(jié)約資源。另外,N、Ni等奧氏體化元素使得堆焊金屬中存在少量殘余奧氏體,對韌性有益。經(jīng)熱力學(xué)計(jì)算可知,TiN在液相中析出,TiC在固液共存相中析出,其余碳、氮化物在固相線溫度以下析出,且析出順序?yàn)椋篢iNT, (1740.6K)TiC Ts(1627.4K)VNCr7C3VC0.875 Mo2N Cr23C6 VC Mo2C WC V2CMoCW2C。氮合金化的強(qiáng)化機(jī)制包括間隙固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。間隙固溶強(qiáng)化為堆焊金屬冷卻速度快,氮、碳原子大量固溶于基體晶格間隙,提高了基體強(qiáng)度。細(xì)晶強(qiáng)化是在液相中和凝固前沿分別可以生成TiN和TiC,它們可作為非自發(fā)形核核心,細(xì)化晶粒。析出強(qiáng)化是經(jīng)回火處理后,大量碳氮化物沿晶界、位錯(cuò)、或者馬氏體邊界析出,產(chǎn)生二次硬化。根據(jù)高溫摩擦磨損試驗(yàn)可知,300℃溫度下,未氮合金化試樣的磨損失效機(jī)制主要為磨粒磨損以及少量的氧化磨損；氮合金化試樣的磨損機(jī)制主要為氧化磨損及塑性變形引起的層狀剝落。而600℃溫度下,未氮合金化和氮合金化的試樣的主要磨損機(jī)制均為氧化磨損、塑性變形引起的層狀剝落、以及伴隨著氧化膜脫落導(dǎo)致的磨粒磨損。但是氮合金化堆焊金屬具有更高的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,耐磨性優(yōu)于未氮合金化的堆焊金屬。
【關(guān)鍵詞】：熱作模具 堆焊焊條 氮合金化 碳氮化物 組織性能 高溫磨損
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG305;TG42
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 第1章 緒論16-28
• 1.1 課題背景與實(shí)際意義16-20
• 1.1.1 熱作模具的性能要求及其失效分析16-18
• 1.1.2 熱作模具堆焊再制造的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2 氮合金化研究現(xiàn)狀20-23
• 1.3 氮合金化在堆焊中的應(yīng)用23-26
• 1.3.1 氮在液態(tài)熔池中的溶解與析出23-24
• 1.3.2 碳氮化物的析出行為及其強(qiáng)化作用24-25
• 1.3.3 氮對堆焊金屬組織和性能的影響25-26
• 1.4 主要研究內(nèi)容26-28
• 第2章 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法28-34
• 2.1 熱作模具堆焊焊條制備28
• 2.2 堆焊焊條焊接工藝性能評價(jià)28-30
• 2.2.1 母材和堆焊工藝參數(shù)29
• 2.2.2 電弧穩(wěn)定性29
• 2.2.3 再引弧性能29
• 2.2.4 脫渣性29-30
• 2.2.5 熔化系數(shù)30
• 2.2.6 飛濺率30
• 2.2.7 焊縫成形性30
• 2.3 堆焊金屬組織分析及性能測試方法30-34
• 2.3.1 堆焊金屬化學(xué)成分分析30-31
• 2.3.2 金相組織觀察31
• 2.3.3 掃描電鏡和能譜分析31
• 2.3.4 XRD物相分析31-32
• 2.3.5 硬度測試32
• 2.3.6 回火穩(wěn)定性試驗(yàn)32
• 2.3.7 高溫摩擦磨損實(shí)驗(yàn)32-34
• 第3章 熱作模具堆焊焊條設(shè)計(jì)34-46
• 3.1 合金元素的選擇和配方設(shè)計(jì)34-36
• 3.2 焊條工藝性能、堆焊金屬化學(xué)成分及組織性能36-39
• 3.2.1 焊條工藝性能36-38
• 3.2.2 堆焊金屬化學(xué)成分和組織性能38-39
• 3.3 堆焊金屬合金成分優(yōu)化設(shè)計(jì)39-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 熱作模具堆焊焊條的氮合金化研究46-56
• 4.1 氮化物合金的選擇與氮含量的影響因素46-48
• 4.2 氮合金化堆焊金屬組織性能48-53
• 4.3 本章小結(jié)53-56
• 第5章 碳氮化物析出行為研究56-82
• 5.1 碳氮化物的熱力學(xué)析出計(jì)算56-69
• 5.1.1 液相中的析出56-63
• 5.1.2 凝固過程中的析出63-66
• 5.1.3 固相中的析出66-69
• 5.2 碳氮化物的析出行為分析69-72
• 5.3 回火熱處理的組織與性能72-77
• 5.4 氮合金化強(qiáng)化機(jī)制分析77-79
• 5.5 本章小結(jié)79-82
• 第6章 堆焊金屬耐高溫摩擦磨損性能研究82-90
• 6.1 高溫磨損試驗(yàn)82
• 6.2 磨損試驗(yàn)結(jié)果及其分析82-84
• 6.3 氮合金化堆焊金屬提高磨損性能的機(jī)理分析84-87
• 6.4 本章小結(jié)87-90
• 第7章 結(jié)論90-92
• 參考文獻(xiàn)92-98
• 致謝98-99
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表99

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：619401