【摘要】：堆焊技術(shù)是表面工程技術(shù)的重要手段之一。采用堆焊方法,可以在零部件表面獲得具有耐磨、耐熱或耐蝕等特殊性能的合金層,目前在增材制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。亞共晶Fe-Cr-C堆焊合金初生相為奧氏體(g-Fe),與初生相為M_7C_3碳化物的過共晶Fe-Cr-C堆焊合金相比不易剝落和開裂,但其耐磨性較差。所以,本論文擬在亞共晶Fe-Cr-C堆焊合金加入微合金化元素M(M=V?Nb?Ti),通過細(xì)化初生奧氏體后,提高合金的塑性和硬度,使合金具有更高的耐磨性。本文以亞共晶Fe-Cr-C堆焊合金為研究對象,分別制備加入不同含量的C和Nb,C和Nb的比例保持為1:2以及加入Ti和V元素的六種堆焊涂層試樣,研究微合金元素M(Nb?Ti和V)對亞共晶Fe-Cr-C堆焊合金試樣顯微組織和耐磨性的影響。采用Bramfitt二維點(diǎn)陣錯(cuò)配度理論計(jì)算NbC成為奧氏體異質(zhì)形核核心的有效性;采用第一性原理,在計(jì)算NbC的彈性常數(shù)、顯微硬度、楊氏模量、各向異性因子、泊松比基礎(chǔ)上,計(jì)算NbC/g-Fe界面結(jié)合能和界面鍵合等性質(zhì),分析NbC對g-Fe細(xì)化機(jī)制。本文對堆焊合金試樣進(jìn)行熒光和硫、碳成分分析,合金的實(shí)際化學(xué)成分符合預(yù)期設(shè)計(jì)要求。根據(jù)合金的化學(xué)成分,進(jìn)行了相圖計(jì)算。結(jié)果表明堆焊合金初生相為奧氏體(g-Fe),為亞共晶組織。XRD相組成結(jié)果表明,#1和#2試樣的主要相組成為g-Fe和(Fe,Cr)_7C_3碳化物,#3和#4試樣的主要相組成為g-Fe、(Fe,Cr)_7C_3碳化物和NbC,#5試樣的主要相組成為g-Fe、(Fe,Cr)_7C_3碳化物和TiC,#6試樣的主要相組成為g-Fe、(Fe,Cr)_7C_3碳化物和VC。堆焊合金的金相顯微組織分析表明,#4試樣組織最為細(xì)小,#6試樣組織球化程度較大。SEM分析表明,初生奧氏體圍繞著NbC和TiC生長,VC則少量存于初生奧氏體中。顯微硬度與宏觀洛氏硬度試驗(yàn)分析表明,#4試樣洛氏硬度值最高,#6試樣次之。納米壓痕分析表明,NbC的納米壓痕硬度較高。磨損試驗(yàn)表明,#4試樣磨損量最小,#6試樣次之。計(jì)算結(jié)果表明,NbC/g-Fe的錯(cuò)配度為8.35%,表明NbC作為奧氏體的異質(zhì)形核核心是中等有效的;NbC-C(Nb)-OT、NbC-C(Nb)-MT、NbC-C(Nb)-HCP界面的原子間距分別為3.461?、2.924?、2.648?,界面結(jié)合能分別為0.59J/m~2、0.72J/m~2、1.07J/m~2,說明NbC-C(Nb)-HCP界面原子結(jié)合力最強(qiáng),原子間距最小,界面最穩(wěn)定。
【圖文】：

藥粉和鋼帶通過相關(guān)工藝制造。鋼帶通過多道軋制至發(fā)生較好的塑形變形，形成“U”型截面。將藥粉放置于傳送帶后被運(yùn)送至“U”型槽。之后用成型軋輪將其卷至為“O”型截面。再經(jīng)過多道拉拔縮減焊絲周長以制成成品焊絲。圖 2-1 為 ZXG3-300-1 型直流焊機(jī)示意圖，采用焊機(jī)，通過熔化極惰性氣體保護(hù)焊方式堆焊六組試樣。惰性氣體采用氬氣。堆焊時(shí)造成的高溫環(huán)境會導(dǎo)致金屬被氧化，而氬氣作為惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)不活潑，可以有效隔離空氣中的氧氣和氮?dú)�，防止金屬被氧化或氮化。為防止母材污染堆焊層，F(xiàn)e-Cr-C 合金熔覆層堆焊為 11 層。將如表 2-2 所示化學(xué)成分藥芯焊絲熔敷于 Q235 母材上。采用電火花線切割機(jī)將試樣按照各類試驗(yàn)所需尺寸要求切割至成指定尺寸。采用 150 目、400 目、600 目、800 目、1000 目、1200 目、1500 目和 2000 目砂紙對試樣進(jìn)行打磨。使用拋光機(jī)和拋光膏對試樣進(jìn)行機(jī)械拋光，至表面光滑無劃痕。再用棉花蘸取清水將表面殘余如拋光膏等污染物清洗干凈。隨后用酒精清洗試樣表面，，再用吹風(fēng)機(jī)將試樣吹干，之后用干凈濾紙將其包裹，最后將制備好的試樣放置于試樣袋中并做好標(biāo)記。

圖 2-2 D/max-2500/PC 型 X 射線衍射儀結(jié)構(gòu)簡圖相組織觀察與晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)制備六組尺寸為 8mm×8mm×5mm 的堆焊合金試樣，將六組堆焊合150 目依次打磨至 2000 目。試樣的打磨過程主要分為粗磨(150 目~00 目~2000 目)兩部分。首先采用 150 目砂紙對堆焊合金試樣進(jìn)行打面鐵銹、油污、電解液等物質(zhì)，之后采用 400 目砂紙對試樣進(jìn)行0 目砂紙摩擦造成試樣的變形，以此類推，最后采用 2000 目砂紙進(jìn)過程中，須注意按照一定的方向進(jìn)行移動，以保證試樣表面摩擦，之后調(diào)整 90°后進(jìn)行下一道砂紙程序，確保新、舊磨痕垂直；與臺干凈整潔、無雜物，最好將砂紙置于平整的玻璃板上，以防其形成較大、不易消除的劃痕。最后，將試樣打磨至試樣表面磨痕光。拋光主要分為機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光，機(jī)械拋光是
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG455

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