电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的钨极氩弧重熔处理

采用高速电弧喷涂技术及钨极氩弧重熔技术分别制备Fe-Cr-B喷涂层及其重熔层,采用X射线衍射仪、金相显微镜、X射线残余应力测试仪、显微硬度仪、动载磨料磨损试验机、扫描电子显微镜分别对喷涂试样及重熔试样的相结构、微观组织、残余应力、纵截面硬度、耐磨性及磨损表面形貌进行观察与测试。结果表明,重熔处理后,电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的组成由Fe基非晶和硼化物相转为Cr_2B、(Cr,Fe)_2B、α-Fe相,涂层与基体由机械结合转为冶金结合,重熔试样由表层至基体的显微组织分别是初生硼化物以及共晶组织、共晶硼化物+马氏体+奥氏体、初生奥氏体以及共晶组织、热影响区组织。重熔处理后,涂层显微硬度由689 HV0.1上升为960 HV0.1,磨损失重率由0.088 g/(cm~2·min~(-1))降为0.004 6 g/(cm~2·min~(-1))。喷涂层的磨粒磨损机制主要是微断裂,重熔层的磨粒磨损机制主要是变形磨损和微切削。     

Fe-Cr-B-C堆焊合金的显微组织及耐磨性

采用药芯焊丝埋弧堆焊方法制备含有C0.5%～0.7%,Cr9%～12%,B0%～2.25%(质量分数)的堆焊合金。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射和微区EDS分析等手段研究其显微组织及分布形貌。结果表明,其显微组织由铁素体+奥氏体+马氏体+硼化物((Fe,Cr)2B,(Fe,Cr)23(C,B)6,(Fe,Cr)B和(Fe,Cr)3(B,C))等组成,硼化物呈条状、菊花状、块状甚至蜂窝状等形态,不同硼化物数量及其分布形态随硼含量而改变,其中最为典型是(Fe,Cr)23(C,B)6呈菊花状并聚集分布。另外,考察了硼含量对Fe-10Cr-xB-0.6C堆焊合金硬度及耐磨性的影响,耐磨粒磨损试验结果表明,高硼堆焊合金的磨损性优良,当聚集分布的硼化物数量过多,磨粒压入基体及其显微切削运动受到硼化物的有效阻碍,但部分硼化物脱落留下的空洞使其压入切削变易,这使得硼化物与基体的界面结合强度成为影响其耐磨性的一个重要甚至主导因素。     

Fe-15Cr-3.5B-xC堆焊合金微观组织与耐磨性的研究

采用CO_2气体保护堆焊的方法,制备了不同碳元素含量的Fe-15Cr-3.5B-xC(x=0.1,0.5,1.0)铁基堆焊合金。采用光学显微镜、XRD,SEM等方法分析了堆焊合金的微观组织结构,并对堆焊合金的宏观硬度和耐磨粒磨损性能进行了测试。结果表明:堆焊合金组织主要由M_2B,Fe_2B,M_(23)(B,C)6,M_3(B,C)和含有铁素体,奥氏体,FeCr固溶体的基体组成。随着碳含量的增加,板条状M_2B型硼化物体积分数逐渐减小。堆焊合金的宏观硬度呈上升趋势,但是耐磨粒磨损性能呈下降趋势。磨粒磨损机制为塑性变形引起的犁沟,硬质相的断裂和脱落。     

热处理对Fe-Cr-B铸钢组织和耐铝液腐蚀性能的影响

研究了不同去稳处理工艺对Fe-Cr-B铸钢显微组织及其耐铝液腐蚀性能的影响。结果表明:Fe-Cr-B铸钢凝固组织由网状M_2B型共晶硼化物和α-(Fe,Cr)基体组成;去稳处理后共晶硼化物连续性随温度升高而降低,且在900~1 050℃温度范围内处理时基体中析出细小弥散的M_(23)(C,B)_6和M_7(C,B)_3二次硼碳化物,其数量随着温度的升高逐渐减少。在900℃保温1.0 h时Fe-Cr-B铸钢获得最佳的耐铝液腐蚀性能;在750℃铝液腐蚀8.0 h条件下,经900℃和1 000℃保温1.0 h处理后的铸钢的腐蚀速率较铸态下分别降低了约25.1%和16.7%;Fe-Cr-B铸钢的耐铝液腐蚀性能受共晶硼化物及基体的耐铝液腐蚀性能的共同影响。     

钻杆接头耐磨带堆焊药芯焊丝的研究

研制一种Fe-B-Nb-Ni系钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝,采用CO2气体保护堆焊方法,制备Fe-B-Nb-Ni耐磨堆焊合金,利用OM,SEM,XRD等方法对堆焊合金的显微组织进行了观察分析,对堆焊层的硬度及耐磨性能进行了测试分析.结果表明,Fe-B-Nb-Ni堆焊合金耐磨性能比国外某进口药芯焊丝提高了约37％,其宏观硬度值达到HRC60.5～62.2.Fe-B-Nb-Ni堆焊合金的显微组织为马氏体+铁素体+少量渗碳体+颗粒状NbC+包晶Fe3(B,C)+共晶Fe23(B,C)6、Fe3(B,C)+少量共晶Fe2B相,其中NbC硬质颗粒弥散的分布于基体中,基体中的马氏体组织具有优异的强度和耐磨性,起到了很好的耐磨骨架的作用.Fe-B-Nb-Ni堆焊合金的磨损机理主要是犁沟式微切削和局部的硬质相剥落.     

多元陶瓷复合相显微组织对耐磨性能的影响

采用等离子熔覆技术制备了四种不同铬含量的Fe-Cr-B-C堆焊合金.借助OM,SEM和XRD等分析手段对合金组织和陶瓷相形貌进行分析.结果表明,熔覆层的微观组织由初生奥氏体＋共晶组织组成,合金陶瓷相由BC4＋Cr2B＋M7C3＋M23C6＋M23（C,B）6组成,硼化物呈层片状、菊花状等形态分布,陶瓷相数量随Cr元素含量的增大而增多.研究了Cr元素含量对熔覆层耐磨粒磨损性能的影响规律,熔覆层的耐磨性随着Cr元素含量的增加而提高,当Cr元素含量达到15.9%时,大量硼化物等陶瓷相弥散分布在基体中,构成良好的耐磨骨架;初生奥氏体组织均匀分布提高硬质相与基体界面的结合强度,因此其熔覆层具有最佳的耐磨性.     

铝对高铬合金埋弧堆焊层组织和耐磨性的影响

采用合金粉末与实心焊丝埋弧堆焊相结合的方法,在Q235钢表面堆焊含铝和不含铝的高铬合金堆焊层,使用扫描电镜、能谱仪和磨粒磨损机等手段研究铝对高铬合金堆焊层的组织和耐磨性的影响。结果表明,未加铝粉的堆焊层中主要有含(Fe,Cr)_3C型碳化物,含3%Al的堆焊层中主要有M_7C_3碳化物和黑色小块状氧化铝硬质相存在;两种堆焊层磨损形貌均呈凿槽或犁沟形态,碳化物形成耐磨骨架。加3%Al堆焊层中的氧化铝硬度高,能有效减少磨粒的显微切削运动,堆焊层犁削划痕比未加铝粉的浅而细小,耐磨性较好。     

中锰Fe-Cr-B/42CrMo复合轧辊包覆层显微组织特征的研究

采用电磁感应复合铸造工艺制备中锰Fe-Cr-B/42Cr Mo复合轧辊,探究中锰Fe-Cr-B合金包覆层的铸态组织特征。运用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察并分析包覆层的显微组织形貌特征及物相组成;运用洛氏硬度计测试包覆层组织的硬度。结果表明:受冷却速度的影响复合轧辊包覆层的显微组织可划分为外层、中间层和内层三个亚层。复合轧辊包覆层的显微组织由先共晶硼化物、共晶体和三元包晶体组成。组织中的物相由α-Fe、γ-Fe、M_2B、M_3(C,B)和M_(23)(C,B)_6组成。与常规锰含量Fe-Cr-B合金相比,残余奥氏体含量较高。由于冷却速度的差异,包覆层外层组织较致密,内层组织较粗大,中间层组织形态介于两者之间。从包覆层外层到内层硬度逐渐下降,但当内层组织接近辊芯时,硬度又略有回升。     

焊前准备、焊后处理及辅助设备

焊后热处理对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织和磨损性能的影响 采用埋弧堆焊方法在Q235低碳钢基体上制备了Fe-Cr-C耐磨堆焊层。利用光学显微镜、SEM和TEM分析了堆焊合金的显微组织,并进行了磨粒磨损试验。结果表明,焊后热处理（850-1000℃）未改变堆焊合金组织中的初生碳化物和共晶碳化物的基本形貌。     

Ti对Fe-B-C-Ti系堆焊层组织及耐磨性的影响

采用CO_2气体保护实心焊丝堆焊与喷射送粉的方法在Q235钢表面制备了具有一定耐磨性且无缺陷的韧化Fe-B-C-Ti堆焊涂层,通过金相组织观察,XRD, SEM,硬度测试和磨损试验研究了Ti含量对高碳高硼铁基合金堆焊层的组织及耐磨性的影响。结果表明:Ti元素可抑制过共晶高碳高硼堆焊合金组织中Fe_2B相的形态,能细化初生硼化物和共晶硼化物晶粒,使组织分布均匀,提高堆焊层的韧性。堆焊层以Fe_2B初生相和Fe_2B+(α-Fe)共晶组织为主,同时含有少量的Fe_3(B,C),此组织硬度在HRC63以上,有利于提高堆焊层耐磨性。随着Ti含量的增加,析出相尺寸减小、数量增多、且分布均匀,添加Ti元素可有效提高堆焊层的综合性能。     

硼对等离子熔覆高硼铁基合金组织和性能的影响

采用等离子弧熔覆技术在20g钢表面堆焊Fe-Cr-B-C系的铁基复合材料,利用X射线衍射（XRD）,光学显微镜（OM）,扫描电镜（SEM）,洛氏硬度计及湿砂磨损试验机等试验设备进行检测、试验,研究不同硼加入量对熔覆层显微组织与性能的影响规律.结果表明,熔覆层显微组织由过饱和α-Fe枝晶固溶体、枝晶间硼化物共晶组织以及碳化物等组成;熔覆层中硬质相主要有Cr2B,CrB2,Fe2B,Cr7C3,B4C等;随着硼含量的增加,硼化物明显增多,当硼添加量为5%时熔覆层的硬度及耐磨性达到最佳,其硬度值为66.1 HRC,磨损量仅为0.383 g;继续增加硼的添加量,熔覆层的耐磨性能降低.     

Nb-Ni-Ti-B强化药芯焊丝堆焊金属组织结构及耐磨性分析

针对Nb-Ni-Ti-B强化药芯焊丝堆焊金属进行研究,采用XRD和SEM分析了样品的相结构和显微结构;研究发现焊丝熔敷金属中的Fe2B能使熔敷金属堆焊层更加稳固,具有良好的抗剥离性能,Fe2B的硬度高、耐磨性好、分布均匀,镶嵌在熔敷金属的基体中有着骨架的作用,使该合金具有了良好的耐磨性;堆焊金属中的TiC为NbC提供了凝结核,形成NbC+TiC复合相,在提高耐磨性的同时有利于促进NbC弥散分布。NbC+TiC复合相弥散分布在熔敷金属中,部分NbC+TiC复合相嵌于Fe2B组织中有利于固化Fe2B组织。通过Nb-Ni-Ti-B强化药芯焊丝堆焊金属与5C-27Cr型高碳高铬合金焊丝熔敷金属磨损试验比较,Nb-Ni-Ti-B强化堆焊金属相对5C-27Cr型高碳高铬合金的耐磨性为2.08。     

激光熔覆FeCoCrxNiB高熵合金涂层的组织结构与耐磨性

为探究Cr元素对高熵合金涂层组织结构和性能的影响,在45钢基体上用激光熔覆方法制备了FeCoCrxNiB高熵合金涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度和耐磨测试等方法研究了Cr含量对FeCoCrxNiB激光熔覆高熵合金涂层组织结构、硬度和耐磨性能的影响。结果表明:熔覆态高熵合金的组织均由先共晶M2B相和共晶组织(面心立方结构相(FCC)+M2B相)组成。随着Cr含量的增加,共晶组织含量增多,M2B相减少,先共晶硼化物形态呈现不规则颗粒状到树枝状再到条块状的变化,共晶组织形貌由蜂窝状向片层状转变。涂层平均硬度随着Cr含量增加逐渐降低,FeCoCr0.5NiB涂层平均硬度最高为860HV0.2。涂层的耐磨性能与硬度呈正相关关系,即FeCoCr0.5NiB涂层耐磨性最高,FeCoCr3NiB涂层耐磨性最低。     

Surface Characterization and Mechanical Properties’ Evaluation of Boride-Dispersed Nickel-Based Coatings Deposited on Copper Through Thermal Spray Routes

The present study concerns understanding the microstructures and wear resistance of nickel-based alloy (Ni 68.4, Cr 17, B 3.9, Si 4.9, and Fe 5.8) coatings on copper developed by flame spraying and high-velocity oxy-fuel (HVOF) coating techniques. The microstructure of flame spray deposition consists of predominantly equiaxed ??-Ni grains, refined Ni₃B precipitates, and Ni2.9Cr0.7Fe0.36 phase. On the other hand, HVOF spray deposition reduces the porosity content significantly in the presence of very fine (with average precipitate size varying from ??m to nm range) borides (chromium boride, Cr₂B; and nickel boride, Ni₃B) in ??-Ni matrix. The microhardness of the HVOF-sprayed and flame-sprayed surfaces were improved to 935?VHN and 251?VHN, respectively as compared with 82?VHN of the as-received substrate. Wear resistance property against WC indenter was also improved in deposited layers with a maximum improvement in HVOF spray deposition. The mechanism of wear was investigated.     

硼化物强化铁基堆焊合金显微组织与耐磨性

为了提高在严峻工况条件下工作的机械零件的耐磨性,采用等离子弧堆焊技术,制备硼化物强化铁基堆焊合金。借助OM,SEM和XRD等分析手段对合金组织和硼化物相形貌进行分析,并与未加入硼的Fe-Cr-C的堆焊合金进行对比。结果表明:堆焊合金中加入w(B)4.5%可改变基体的组织组成及硼化物的数量和分布形态,从而改善耐磨性。硼化物由大量菊花状M23(C,B)6和少量块状M7(C,B)3相组成,BC4与Cr2B的数量较少。耐磨粒磨损试验结果表明:堆焊合金的耐磨性随着硼含量的增加而先增大后下降,加入w(B)4.5%的堆焊层中形成的大量高硬度硼化物分布在具有较高强韧性的马氏体和奥氏体基体上,使其具有最佳的耐磨性,其磨损量仅为未加入硼时的1/6。     

Ti和Nb对铁基堆焊合金组织性能的影响

改变Ti或Nb的添加量制备Fe-Cr-C-B系铁基堆焊合金.借助扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机对堆焊合金组织性能进行测试分析.结果表明,在含Ti或Nb的堆焊合金中,初生奥氏体晶粒细化,共晶组织呈断网状均匀分布,并分别有黑色圆形或块状TiC和菱形或三角形NbC硬质相颗粒生成,添加5%Ti的堆焊合金组织最细小.TiC或NbC硬质相颗粒在组织中呈均匀弥散分布,能够作为耐磨质点与细化的初生奥氏体和共晶组织构成耐磨骨架,共同抵抗磨粒的楔入与切削作用.当Ti添加量为5%时,含Ti堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为66 HRC,磨损量为0.048 7 g;当Nb添加量为4%时,含Nb堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为65 HRC,磨损量为0.052 4 g.在同等条件下,含有适量Ti的铁基堆焊合金具有更优的耐磨性.     

Development of boron white cast iron

Abstract

With boron substituting for carbon in cast iron composition and eutectic borides substituting for eutectic carbides in microstructure as the hard wear resistant phase, a new kind of wear resistant white cast iron has been developed. The microstructure and mechanical properties of this new white cast iron both in the as cast state and after appropriate heat treatments were studied. The results show that the as cast microstructure of the boron white cast iron comprises a dendritic matrix and interdendritic eutectics, and the eutectic compound is that of M₂B or M′_0˙9Cr_1˙1B_0˙9 type, where M represents Fe, Cr or Mn and M′ represents Fe or Mn. The morphology of the eutectic borides is much like that of carbide in high chromium white cast iron, but the hardness of boride is higher than that of carbide. The matrix in as cast microstructure comprises martensite and pearlite. After austenitising and quenching, the matrix mostly changes to lath type martensite and the eutectic borides remain unchanged. In addition, two different sizes of particles, with different forming processes during heat treatment, appear in the matrix. The boron white cast iron possesses higher hardness and toughness than conventional white cast iron and nickel hard white cast iron, and has a better balance between hardness and toughness than high chromium white cast iron.     

I&Q&P工艺对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响

借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)和洛氏硬度计等,研究了I&Q&P工艺对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响。结果表明,高硼铁基合金的铸态组织由铁素体、马氏体、残留奥氏体和共晶硼化物组成,硼化物主要为Fe₂B和Fe₂₃(B,C)₆。经I&Q&P工艺处理后,合金中残留奥氏体的体积分数从10.0%上升到16.8%,冲击吸收能量从3.76 J增加到6.80 J,硬度值从59.3 HRC下降至54.0 HRC,并生成了新的硼化物Fe₃(B,C)。同时,合金的耐磨性也有了明显的提高。     

新型耐磨白口铸铁的研究

研究以硼化物为耐磨相的新型耐磨白口铸铁的组织特点与力学性能.研究结果表明:该类白口铸铁在铸态时由枝晶状基体和晶间共晶硼化物组成.共晶硼化物具有M2B型晶体结构,其显微硬度较高,且分布形态与高铬白口铸铁中的碳化物类似;基体由马氏体和少量的珠光体组成.热处理后,硼化物形态基本不变,基体大部分转变成为板条状马氏体,并且在基体中析出尺寸不同的两种颗粒.该类白口铸铁具有优良的硬度和韧性组合,还有良好的淬透性,是一种很有前途的耐磨材料.