碳化铬/Ni3Al复合堆焊层组织及摩擦磨损分析

采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针及X射线衍射分析钨极氩弧堆焊碳化铬增强Ni3Al基复合堆焊层的组织结构,并采用销盘式干摩擦磨损试验机对堆焊层与活塞环用蠕墨铸铁材料的干摩擦磨损性能进行试验比较.结果表明,复合堆焊层内形成Ni3Al金属间化合物基体,其中弥散分布有大量细小的块状和条状碳化物硬质相Cr3C2和Cr7C3;焊接时焊丝中Cr3C2颗粒溶解析出,重新析出的碳化铬颗粒中包含Fe和Ni元素,碳化铬颗粒与Ni3Al基体形成良好的冶金结合;弥散分布的碳化铬颗粒和Ni3Al基体固溶强化的Cr元素决定了堆焊层具有较高的硬度.室温条件下,复合堆焊层具有优异的耐干摩擦磨损性能,其摩擦系数为0.23,远低于活塞环蠕墨铸铁的0.39;磨损率仅为蠕墨铸铁材料的43%.     

堆焊工艺制备金属间化合物复合材料的组织和性能

以WC，NiAl，NiB和Ni粉末等混合球磨、烧结制备复合材料焊条，在球磨过程中，WC颗粒被破碎，NiAl，NiB和Ni反应生成金属间化合物Ni3A1。用氩弧焊将这种复合材料焊条堆焊在1Cr25Ni20Si2不锈钢的表面，形成5mm厚的金属间化合物耐磨复合材料。堆焊过程中，部分WC溶解，析出新碳化物W2C，Ni3Al转变成新金属间化合物Ni3(A1Ti)C。这种复合材料的耐磨性可达45钢的3倍以上。     

Cr3C2/Ni3Al复合材料的高温稳定性

通过对Cr3C2/Ni3Al复合材料在1000℃进行长期时效和氧化实验,分别考察了该材料的高温相稳定性和化学稳定性.结果表明,经1000℃长期时效后,Cr3C2/Ni3Al复合材料中的Cr3C2强化相保持稳定,而基体中则析出一定量的γ相,该相的析出强化了Ni3Al基体,从而使得复合材料的硬度得到进一步提高.Cr3C2/Ni3Al复合材料具有优良的高温抗氧化性能,其表面形成以α-Al2O3为主的致密氧化膜,在空气中的氧化速率仅为Ni3Al合金的1/2.分析认为,Cr3C2在堆焊过程中发生溶解,导致部分Cr固溶于Ni3Al合金基体中,促进了α-Al2O3的形成,从而改善了复合材料的抗氧化性.Cr3C2具有良好的高温化学稳定性并与Ni3Al基体有较好的氧化协同性,从而可得到基体有力支撑以发挥抵抗磨损的作用.优良的高温稳定性使得Cr3C2/Ni3Al复合材料适于在1000℃的高温环境下长期服役.     

高铬铸铁耐磨堆焊埋弧药芯焊丝研究

采用自动埋弧堆焊对高铬铸铁埋弧药芯焊丝堆焊合金的组织及耐磨性进行试验,研究Cr/C对堆焊层的组织和耐磨性的影响.研究发现,Cr/C增加,初生碳化物形状越来越规则,初生碳化物的杆状纤维增长,增加堆焊层的韧性.初生碳化物微区Cr含量增加,增加初生碳化物显微硬度.Cr/C与初生碳化物面积分数对耐磨性的影响比较明显,其中初生碳化物面积分数与耐磨性呈线性关系.高铬铸铁堆焊层的耐磨性受到基体组织影响较大,由奥氏体及其分解产物构成的混合基体的堆焊层耐磨性最大.文中所研究的41#、43#、45#焊丝其堆焊层的耐磨性非常好,相对Q235钢的耐磨性分别为β41=27.1716、β43=18.6305和β45=19.7949.文中进一步探讨了耐磨堆焊层磨损过程中的孔洞效应及裂纹扩张效应.     

Al_2O_(3p)/20Cr25Ni20复合材料的高温磨损性能

研究了挤压铸造法制备的Al2O3陶瓷颗粒增强20Cr25Ni20耐热钢基复合材料在500℃下的高温磨损性能,并和基体材料20Cr25Ni20及其他几种常用的辊环材料进行对比。结果表明,在比压为7.95MPa时,Al2O3p/20Cr25Ni20复合材料高温耐磨性是基体材料20Cr25Ni20的3.4倍,比Cr16高铬铸铁提高了46%,YG10硬质合金耐磨性最好,是复合材料的6.5倍。基体材料高温磨损后发生塑性流动,切削严重,复合材料中氧化铝陶瓷颗粒作为高温耐磨相发挥出良好的耐磨作用。     

Cr3C2/Ni3Al表面耐磨堆焊材料的焊接性

Cr3 C2/Ni3 Al复合材料是一种极具潜力的高温表面耐磨堆焊材料,焊接性对于该材料的推广应用至关重要.将真空烧结制得的Cr3 C2-NiAl-Ni焊条堆焊于碳钢和耐热钢表面,可形成无焊接裂纹的Cr3 C2/Ni3Al复合材料堆焊层,表明Cr3 C2/Ni3 Al复合材料具有良好的焊接性,适于作为铁基材料表面耐磨堆焊材料推广应用.分析认为,Cr3 C2/Ni3 Al复合材料具有良好焊接性的原因在于:(1)焊接过程中,Cr3 C2发生溶解再析出,熔池中的C优先被氧化,保护了Al的氧化.(2)从铁基材料基材中扩散入到焊层中的Fe元素和Cr3 C2溶解而固溶于焊层中的Cr元素有效地改善了Ni3 Al基体的焊接性.     

DZ125合金表面碳化铬/Ni3A1堆焊涂层显微组织

采用药芯焊丝法制得Ni-Al-Cr3C2复合焊丝,将该焊丝堆焊于DZ125合金表面.在氩弧物理热的作用下,Ni与Al化合成Ni3Al并释放大量反应热;Cr3C2发生分解,并在随后凝固过程中重新析出细小的富Cr的M3C2和MrC3相.受冷却速率的影响,靠近母材区域的碳化物尺寸小于外层区域.母材合金元素进入焊接熔池中,发生一系列碳化和氧化反应,生成的化合物按自由能高低随温度降低顺序析出,导致在焊接熔合区形成大量富Hf,Ta,Ti和W的MC复合碳化物和少量氧化物,距焊层表面越近,数量越少直至消失.     

DZ125合金表面碳化铬／Ni_3Al堆焊涂层显微组织

采用药芯焊丝法制得Ni—Al-Cr3C2复合焊丝,将该焊丝堆焊于DZ125合金表面．在氩弧物理热的作用下,Ni与Al化合成Ni3Al并释放大量反应热;Cr3C2发生分解,并在随后凝固过程中重新析出细小的富Cr的M3C2和M7C3相．受冷却速率的影响,靠近母材区域的碳化物尺寸小于外层区域．母材合金元素进入焊接熔池中,发生一系列碳化和氧化反应,生成的化合物按自由能高低随温度降低顺序析出,导致在焊接熔合区形成大量富Hf,Ta,Ti和W的MC复合碳化物和少量氧化物,距焊层表面越近,数量越少直至消失．     

Ni3Al基金属粉芯焊丝的堆焊工艺性研究

采用非熔化极气体保护焊(TIG)进行熔覆堆焊,研究Ni3Al及Ni3Al+Cr3C2金属间化合物基金属粉芯焊丝在45#钢、304不锈钢、42CrMo合金钢、4Cr14Ni14W2Mo耐热不锈钢基板上的熔覆层组织和性能.结果表明:(1)Ni3Al+Cr3C2熔覆后的平均稀释率(34.55％)低于Ni3Al熔覆后的平均稀释率(42.8％);(2)采用纯Ni3Al金属粉芯焊丝堆焊后的熔覆层主要为单一的γ'-Ni3Al相,采用Ni3Al+Cr3C2时,熔覆层主要由γ'-Ni3Al相MC型及M23C6型碳化物组成;(3)Ni3Al+Cr3C2熔覆层的显微硬度显著高于纯Ni3Al熔覆层;(4)采用Ni3Al、Ni3Al+Cr3C2金属粉芯焊丝在4种实验基板上熔覆,焊道冶金结合良好、润湿良好,堆焊后缺陷少,堆焊层硬度高于母材,能够用于相关材料表面增强熔覆.     

MICROSTRUCTURE OF PILE-UP WELDING CHROMIUM CARBIDE/Ni3 Al COMPOSITE CLADDING ON DZ125 ALLOY

采用药芯焊丝法制得Ni-Al-Cr3C2复合焊丝, 将该焊丝堆焊于DZ125合金表面. 在氩弧物理热的作用下, Ni与Al化合成Ni3Al并释放大量反应热; Cr3C2发生分解, 并在随后凝固过程中重新析出细小的富Cr的M3C2和M7C3相. 受冷却速率的影响, 靠近母材区域的碳化物尺寸小于外层区域. 母材合金元素进入焊接熔池中, 发生一系列碳化和氧化反应, 生成的化合物按自由能高低随温度降低顺序析出, 导致在焊接熔合区形成大量富Hf, Ta, Ti和W的$M$C复合碳化物和少量氧化物, 距焊层表面越近, 数量越少直至消失.     

Microstructure and abrasive wear performance of chromium carbide reinforced Ni3Al matrix composite coating

A Ni-Al-Cr₃C₂ welding wire was produced by metal-powder-core technique. When the welding wires were welded on the surface of carbon steel, under the effect of the physical heat of arc, Ni reacted with Al to form Ni₃Al and carbide particles reinforced Ni₃Al matrix composite was formed. Cr₃C₂ was decomposed during welding and dispersed Cr₇C₃ with stripe shape formed, which strengthened the matrix significantly. The Cr₇C₃-Ni₃Al interface has broadened into a zone of interdiffusion and a new phase M₂₃C₆, which indicates that a good bond has been formed. The pin-abrasion wear test showed that the abrasion resistance of Cr₇C₃/Ni₃Al composite is six times higher than that of Stellite12 alloy at room temperature. The good wear resistance of Cr₇C₃/Ni₃Al composite coating can be attributed to large volume fraction of carbides, high hardness, and good phases interface bond.     

添加WC改善Ni3Al的焊接性能

Ni3Al金属间化合物是一种潜在的高温结构材料的耐磨材料，由于含有较多易氧化元素，它的焊接性能一直未得到有效的解决。本文研究了WC／Ni3Al复合材料焊条中的WC含量对焊接性能的影响。当焊条中不含WC时，Al大量被氧化，形成球形氧物夹杂，焊接表面沿夹杂／基体界面出现细微裂纹。当焊条中含质量分数5％WC时，WC溶解，析出W2C，部分Al被氧化，基体转化成Ni3(AlTi)C，形成碳化物包裹氧化物／金属间化合物的复合材料。当焊条中的WC含量升高达到30％时，由于溶解C的保护作用，焊层中的Al不被氧化，可获得无裂纹的焊接面，形成碳化物／金属间化合物复合材料。     

Ni3Al基复合材料的组织与性能

通过机械法将ＮｉＡｌ粉、Ｎｉ粉ＷＣ粉混合后烧结，堆焊制备成Ｎｉ３Ａｌ＋ＷＣ复合材料。研究结果表明，该复合材料在堆焊过程中，可促使大部分ＷＣ不溶入熔池而直接以颗粒状分布于Ｎｉ３Ａｌ基体上，在ＷＣ的抗磨特性和基体的抗汽蚀性能联合作用下，使该复合材料具有高的硬度及较好的抗汽蚀和抗水砂磨损的性能。     

激光熔敷Cr2Ni3Si／Cr3Si金属硅化物复合材料涂层组织与高温耐磨性

以Cr-Si-Ni高纯预合金化粉末为原料、利用激光熔敷技术在奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti表面上制得了以金属硅化物Cr3Si为增强相、以复杂多元金属硅化物Cr-Ni-Si为基体的快速凝固金属硅化物复合材料冶金涂层，分析了该涂层的显微组织，在高温滑动磨损条件下测试了其耐磨性能。研究结果表明，Cr3Si金属硅化物的体积分数对激光熔敷Cr2Ni3Si／Cr3Si复合材料涂层的硬度和高温耐磨性有显著影响。由于涂层中硬质耐磨相Cr3Si的抗磨骨干作用，在高温滑动磨损条件下该涂层具有优良的耐磨性能。     

汽车活塞环表面Ni60A-Cr2O3复合涂层的制备与性能

采用超声速等离子喷涂法在汽车活塞环用45钢表面制备了Ni60A-Cr2O3复合涂层,通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),摩擦磨损试验,电化学试验和浸泡腐蚀试验研究了Cr2O3含量对Ni60A-Cr2O3复合涂层物相组成、显微组织、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:Ni60A-Cr2O3复合涂层中除有增强相Cr2O3外,还含有FeNi3、Fe(C,B)6和Cr23C6等含Cr析出相;随着复合涂层中Cr2O3含量的增加,复合涂层的磨损量呈现先减小而后增加的趋势,在Cr2O3质量分数为35%时磨损量最小,Ni60A-Cr2O3复合涂层中适宜的Cr2O3添加量为35%;Ni60A涂层和35%Cr2O3+65%Ni60A复合涂层的磨损机制分别为黏着磨损和磨粒磨损;极化曲线测试结果和浸泡腐蚀试验结果都表明,在1.5mol/L H2SO4和3.5%NaCl溶液中,35%Cr2O3+65%Ni60A复合涂层的耐腐蚀性能都要优于Ni60A涂层的。     

氧乙炔喷焊NiCrBSi-WC涂层激光改性组织及性能影响

采用氧-乙炔火焰喷焊在Q235钢上制备NiCrBSi-WC涂层,使用激光对喷焊层表面改性处理后在电炉中进行固体硼硅共渗。通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计等对处理前后涂层组织的微观形貌、物相和显微硬度进行分析,使用摩擦磨损实验机研究对比处理前后各涂层的耐磨性能。结果表明喷焊层表面微孔及夹杂在激光扫描处理后变得平整、致密,涂层主相Ni2.9Cr0.7Fe0.36、FeNi3成分未变,但主相在晶面排列上具有择优取向性且结晶度提高。WC部分分解为W2C、W及C,C被固溶进Ni基中使Cr3C2等碳化物相增多,淬硬层深度达0.25mm,显微硬度提高到909HV,耐磨性能得到提高。在涂层激光重熔的基础上硼硅共渗能够增加Ni3B、Ni2B、NiSi等硼化物及硅化物硬质相,平均摩擦系数由0.583降低为0.428,耐磨性较激光处理后提高近一倍。