WxC增强镍基合金等离子堆焊层组织与空蚀性能

采用等离子堆焊技术在316L不锈钢表面原位合成W_xC增强镍基复合材料涂层,对涂层显微组织、相组成、硬质增强相的分布、显微硬度以及空蚀性能进行了分析.结果表明,Colmonoy 88合金等离子堆焊成形性良好,组织致密;堆焊层组织主要由γ-Ni固溶体,原位合成多角形、颗粒状W_xC及少量的Cr₇C₃,Fe₃W₃C,CrB₂相组成.堆焊过程中,熔池温度低于1 655 K时,原位生成WC和W₂C,温度高于1 655 K时,原位生成的WC发生了分解.镍基合金堆焊层平均硬度可达1 619 HV,为基材的8倍以上,在3.5% NaCl溶液中镍基复合材料抗空蚀性能为316L不锈钢基材的5倍.     

陶瓷硬质相对铁基复合材料组织和性能的影响

采用明弧堆焊技术在Q235基体金属表面制备Fe-Cr-C-B-N-Ti系铁基复合材料. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨料磨损试验机对铁基复合材料的组织和性能进行分析与测试. 结果表明，铁基复合材料的基体组织由马氏体（M）和少量残余奥氏体（A）组成，硬质相由TiB₂，TiN，TiC，M₂₃（C，B）₆，M₃（C，B）和M₂B组成. 随着钛添加量的增多，初生陶瓷硬质相颗粒（TiB₂，TiN和TiC）和共晶硬质相（M₂₃（C，B）₆，M₃（C，B）和M₂B）增多，基体组织减少并细化. 当钛添加量为4%时，铁基复合材料的耐磨性达到最佳，此时硬度为66 HRC，磨损量为0.042 9 g.     

Fe-Cr-C-B-N系堆焊合金的显微组织及耐磨性

在低碳钢表面采用明弧堆焊的方法制备了不同氮含量的Fe-Cr-C-B-N系堆焊合金.借助X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、洛氏硬度计和湿砂磨损试验机对堆焊层的组织和性能进行分析.结果表明,堆焊层的显微组织为马氏体+奥氏体+BN+M₂₃（C, B）₆+M₃（C, B）+M₂B.随着氮添加量的增多,组织中有BN生成,初生奥氏体向针状马氏体转变,枝晶间共晶组织的数量减少;堆焊层硬度增加,磨损量出现先减少后增加的趋势.当堆焊层中氮的含量为0.17%时,基体组织与硬质相之间匹配良好,堆焊层的综合性能达到最佳,其硬度值为62.7 HRC,而磨损量仅为0.054 2 g.     

碳化硼对粉/丝复合堆焊高硼铁基合金组织结构的影响

为了探讨合金元素B,C对高硼铁基堆焊合金组织结构、裂纹敏感性的影响,采用粉/丝复合堆焊技术配合不同B₄C含量合金粉体制备高硼铁基堆焊合金,通过显微组织结构、微区成分、显微硬度及宏观硬度试验检测,分析不同B,C元素含量及配比的堆焊合金组织与性能. 结果表明,高硼铁基堆焊合金由α-Fe,Fe₂B,Fe₃(C,B)相组成,随着B₄C的添加,初晶岛状α-Fe消失,菱形初晶Fe₂B、粒状Fe₃(C,B)析出,鱼骨状、条状共晶状组织α-Fe+Fe₂B体积分数趋于减小并消失,菊花状α-Fe+Fe₂B+Fe₃(C,B)包晶组织成为堆焊合金的主体. 高硼铁基合金中硼、碳的含量及配比是影响堆焊合金组织结构、裂纹敏感性的原因之一,约30%合金粉体(含35%硼铁粉、5%B₄C)配合约70%H08Mn2Si焊丝获得的堆焊层,可有效抑制堆焊裂纹的出现,并可获得稳定的高硬度值66 HRC.     

热处理对电冶熔铸WC/钢复合材料中增强体转变规律的影响

采用复合电冶熔铸技术,制备了以WC颗粒为增强体,5CrNiMo模具钢为基体的WC/钢复合材料,WC颗粒含量为45wt%。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、电子背散射衍射仪和X射线衍射分析仪研究了复合材料中WC的形态和退火、锻造、淬火与回火处理对WC增强体转变的影响。结果表明,WC/钢复合材料中以三角形或矩形的WC为主;通过退火和锻造处理,碳化物溶解,共晶组织碎化;淬火加热温度升高,碳化物溶解加速,基体上分布大量细小的二次碳化物,共晶碳化物变化不明显;回火温度提高,碳化物分布更加均匀化,颗粒圆整性增强,碳化物聚集现象减少。存在的碳化物类型主要为WC颗粒、较大的Fe₃W₃C颗粒、Fe₃W₃C或M₇C₃枝晶状碳化物、弥散分布的Fe₃W₃C或M₂₃C₆二次碳化物。     

稀土元素Y对铁基耐磨堆焊层组织和性能的影响

通过改变稀土元素Y在高铬铸铁耐磨合金体系中的添加量，研究Y元素对堆焊层组织和性能的影响，从而使堆焊层组织发生良性转变，达到提高堆焊合金耐磨性的目的。采用药芯焊丝混合气体保护法明弧堆焊的方法在母材Q235钢表面制作堆焊合金，采用XRD、SEM对堆焊层进行微观组织观察及物相表征；通过洛氏硬度计、湿砂橡胶轮式磨损测试机进行宏观硬度测试、磨损性能测试，并观察磨损形貌，对堆焊层耐磨性进行评价。结果发现，堆焊层主要由奥氏体(γ-Fe)、铁素体(α-Fe)、M₇(C,B)₃、M₂B相组成，添加适量的稀土元素Y后，可以使硬质相分布更加均匀，晶粒更加细小。随着Y元素添加量的提高，堆焊层的硬度、磨损量呈现先减小后增加的趋势。Y元素添加量为1.6%时，堆焊层硬度为67.5 HRC，较未添加时提高17.2 HRC；此时磨损量最小为0.864 g，磨损机制为磨粒磨损。     

稀土CeO2改性Ni60/50%WC涂层的制备及性能

通过添加稀土CeO₂对Ni60/50%WC涂层进行改性,制备了不同CeO₂含量的涂层,研究了CeO₂含量对涂层表面裂纹的影响。结果表明,随着CeO₂含量的增大,涂层的表面裂纹先逐渐减少,后又逐渐增多,在添加1%CeO₂时,Ni60/50%WC涂层无裂纹,且涂层组织均匀且致密,WC粒子圆润,其物相含有γ-(Fe, Ni)、M₂₃C₆、M₇C₃、Fe₃W₃C、Ni₄W、W₂C、CeNi₅和CeNi₂等。与未添加CeO₂的涂层相比,在添加1%CeO₂后涂层的硬度提高了11.88%,磨损率降低了26%。     

等离子熔覆添加和内生联合WC颗粒增强铁基涂层的组织和性能

采用等离子熔覆技术,以铸造碳化钨、钨铁粉、镍包石墨和铁基合金粉为原材料,在Q235钢基体上制备了外加和内生联合WC颗粒增强铁基复合涂层,通过扫描电镜和能谱分析、X射线衍射、硬度测试和磨料磨损试验对其微观组织、物相组成、硬度和耐磨性能进行了表征。结果表明,在优化的工艺参数下,可以获得与基体冶金结合良好的涂层,硬质相除外加的WC颗粒,还有内生的WC、W₂C、W₃C、Fe₃W₃C和Fe₂W₂C等;随着混合粉末中除外加WC之外的W含量增加,熔池中合金液密度增大,可以减弱外加WC颗粒下沉;当W含量达到15%时,外加WC颗粒均匀分布在涂层中,没有团聚现象发生,且在外加WC颗粒周围有细小的原位WC颗粒生成,涂层的显微硬度和耐磨损性能显著提高,涂层的平均硬度约为1300 HV0.2,耐磨性为Q235钢基体的10倍。     

Fe-Cr-Ti-C系药芯焊丝熔覆层中硬质相生长模式

将Fe-Cr-Ti-C系耐磨药芯焊丝采用钨极氩弧焊堆焊到低碳钢表面,分析熔覆层中的物相组成,研究熔覆层中硬质相的形态分布和生长机理,探究熔覆层的耐磨性及表面硬度等力学性能变化的原因. 结果表明,药芯堆焊焊丝中的合金元素的过渡系数很高,可原位合成(Fe,Cr)₇C₃和TiC硬质相,TiC优先依附外来界面行核、长大,共晶(Fe,Cr)₇C₃硬质相则依附于初生马氏体相和TiC形核生长,点状TiC硬质相(少数为条状和十字状)弥散分布于马氏体、残余奥氏体的基体中,与网状的(Fe,Cr)₇C₃耐磨框架组成复合硬质相,提高熔覆层的耐磨性.     

YG8硬质合金表面激光熔覆WC/TiC/Co涂层的组织及性能

通过激光熔覆方法在YG8硬质合金表面制备WC/TiC/Co涂层,借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)观察组织结构并分析其物相组成,并对其显微组织、硬度分布和摩擦磨损性能进行了观察和测量。结果显示:涂层表面平整,与基体结合紧密,截面形貌良好没有明显缺陷。表层和两侧存在未熔的WC颗粒,熔覆层中WC颗粒消失,新产生的组织分布均匀。受激光影响,热影响区中的WC晶粒发生重结晶和再结晶。熔覆层主要物相为WC、W₂C、(Ti,W)C_1-x、M₆C(Co₄W₂C、Co₃W₃C)等,这些硬质相和碳化物的生成及弥散分布提高了熔覆层性能。通过测量,熔覆层硬度分布在1700~1800 HV0.5,最高为1783 HV0.5,高于YG8硬质合金,而热影响区和基体的硬度则稍有下降;耐磨性也有大幅提高,熔覆层体积磨损量比YG8合金减少90.67%,平均摩擦因数为0.293,主要磨损形式为磨粒磨损。     

Fe–W–C thermodynamics and in situ preparation of tungsten carbide-reinforced iron-based surface composites by solid-phase diffusion

Tungsten carbide (WC)-reinforced Fe-based surface composites were prepared by in situ solid-phase diffusion at 1423 K for 4, 6, and 8 h. The thermodynamics, phase composition, microstructure, microhardness, and wear-resistance of the Fe–W–C ternary system of the samples were examined by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, Vickers hardness test, and wear test, respectively. Thermodynamic calculations showed that the thermodynamically favored products of the Fe–W–C system were W₂C, WC, and Fe₃C. W also exhibited a stronger carbide-forming tendency than Fe. The Gibbs free-energies of W₂C and WC, which were stable carbides, significantly decreased with increased temperature. The main phases of the composite were WC, γ-Fe, Fe₃C, graphite, and η-carbide (M₆C) with fishbone-like morphology. The longitudinal section of the composite could be easily divided into three reaction zones, namely, WC layer, “no graphite area,” and M₆C-reinforced area. WC particles in the WC layer were irregularly shaped with 0.3–12 μm particle size, with volume fraction of up to > 80%. The average microhardness value of the dense ceramic layer was 2152 HV_0.1. The maximum relative wear-resistance, which was 230.4 times higher than that of gray cast iron, was obtained at 20 N. The high wear-resistance of the composite was due to the in situ formation of dense and hard WC particulates that acted as a reinforcement phase.     

TC4钛合金表面激光熔覆WC增强镍基复合涂层的组织及耐磨性

为提高TC4钛合金的耐磨性,利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备Ni60+50%WC和d22粉末打底+(Ni60+50%WC)两种耐磨复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)来表征涂层的微观结构和物相组成;使用HV-1000显微维氏硬度计、HRS-2M型高速往复摩擦磨损试验机和WDW-100D电子万能试验机来分析涂层的性能。结果表明：两种涂层均由W2C、TiC、Ni17W3、Ni3Ti和TixW1-x相组成,两种涂层不仅与基体呈现出优异的冶金结合,而且组织均匀致密,没有裂纹瑕疵;由于涂层中存在着原位合成的硬质相和细晶强化共同作用使得涂层硬度显著提高,约为TC4基体的2.8倍;两种涂层的摩擦系数(COF)和磨损量都远低于TC4钛合金基体,耐磨性能比基体提高了近17倍;Ni60+50%WC复合涂层和d22粉末打底+(Ni60+50%WC)复合涂层的剪切结合强度分别为188.19 MPa和49.11 MPa。结论：两种涂层均能显著改善TC4钛合金基体表面的硬度和耐磨性能,其中Ni60+50%WC复合涂层在硬度、耐磨性和结合强度等方面表现得更出色。     

超硬质相在高温磨损中的行为及抗磨性

通过高温硬度、高温磨损试验,研究了铁基Ｃｒ－Ｍｏ－Ｗ－Ｖ－Ｎｂ系高温耐磨料磨损等离子弧粉末堆焊合金,可以替代价格昂贵的镍基和然基等离子弧堆焊合金。同时系统地研究了合金元素及其硬质相在高温磨损中的行为及堆焊合金抗磨性。即Ｃｒ７Ｃ３「（Ｃｒ,Ｆｅ）７Ｃ３」、ＣｒｅＣ「（Ｃｒ,Ｆｅ）３Ｃ」、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＮｂＣ、Ｖｃ硬质相对堆焊层的组织、硬度和耐磨性的影响规律。结果表明：硬质相的形态、数据和大小不同对堆     

Microstructure and wear behavior of laser-textured and micro-alloyed Co-based WC and TiC composite sintered-carbide coating

A new laser-texturing method, laser coating texturing, combining surface-laser alloying and texturing was proposed. A thin film of alloy powder was sprayed on the surface before it was textured and alloy elements were introduced into the coating with this method. Experiments of laser texturing and micro-alloying of composite Co-based WC–TiC sintered-carbide coating were performed by pulse laser. Microstructures, roughness and phase compositions of the processed coating were analyzed while its hardness distribution and wear resisting property were also investigated. The results show that the processed coating is metallurgical bonded with the substrate without crack and porosity and mainly composed of Ti, Co, TiC, WC, W₂C, Co₂C, CoC_x. New phases α-W₂C, Co₃W₃C, Co₆W₆C, CCo₂W₄ are formed with W decomposed from WC. Structure in the laser-melted zone is mainly cellular and dendritic. The coating is of high micro-hardness, 1000 HV_0.2, and has excellent wear resistance, about 1/4 of the wear rate of the substrate. Fatigue wear and grain abrasion of hard particle are the main abrasion mechanisms of the coating through the friction and wear tests. The depth and height of textured craters can be increased and the wear resisting property of textured surface can be improved with the proposed method.     

电弧堆焊轻质多主元合金熔覆层的组织和力学性能

轻质多主元合金是一种新型的轻质合金,拥有独特的晶体结构以及力学性能,在航空航天领域具有极大的发展潜力。本文采用电弧堆焊的方法在TC4钛合金表面制备Al-Ti-Cu轻质多主元合金熔覆层,堆焊材料为Al-Ti-Cu绞股焊丝,制备出的熔覆层与基体呈现出良好的冶金结合,进一步拓宽了轻质多主元合金的应用。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对熔覆层的组织和力学性能进行了研究。借助密度测试仪、维氏硬度仪、摩擦磨损测试仪、万能力学性能测试机对熔覆层的密度、硬度、耐磨性和强度进行研究。结果表明,熔覆层主要存在BCC结构的AlCu_2Ti相和少量的CuO相和Fe_2Ti_3O_9相。熔覆层枝晶形态整体呈现为花瓣状。在室温下,熔覆层的平均硬度为340.8 HV,熔覆层干摩擦磨损失效形式为粘着磨损和氧化磨损;熔覆层耐磨性强于45钢、磨损体积是45钢的85%。熔覆层密度为4.88 g/cm~3,压缩率为26%,压缩强度为1 187 MPa,比强度约为2.661×10~5(N·m~(-2))/(kg·m~(-3))。接近Ti合金的比强度,属于比强度较高的轻质合金。     

原位合成TiC和M7C3陶瓷硬质相的生长习性

采用等离子弧堆焊设备在低碳钢表面堆焊一层Fe—Cr-Ti—C系陶瓷复合堆焊合金,原位合成TiC和M7C3陶瓷硬质相,分析熔池中TiC和M7C3陶瓷硬质相的形成机制．利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）等设备进行检测分析．结果表明,堆焊层中原位合成了“十字开花状”、“短杆状”、“颗粒状”的TiC陶瓷硬质相和不规则“六角杆状”的M7C3陶瓷硬质相;部分TiC和M7C3陶瓷硬质相紧密结合,提高了TiC陶瓷硬质相与基体组织的结合强度;M7C3可以附着在TiC颗粒上生长,TiC硬质相的形成提高了M7C3的形核率．     

TiN对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金组织及耐磨性影响

通过药芯焊丝的方式制备Fe-Cr-C-Ti-N和Fe-Cr-C堆焊层，讨论堆焊层中TiN对堆焊层耐磨性能和显微组织的影响. 利用洛氏硬度计检测堆焊层的宏观硬度，通过湿砂轮磨损试验机对堆焊层进行磨料磨损试验，利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)等设备进行检测分析. 结果表明，含有TiN的堆焊层中，初生M₇C₃明显比不含TiN的组织细小，并且堆焊层硬度和耐磨性也相应提高. 通过热力学计算得出，熔池冷却过程中TiN先于M₇C₃析出. 由动力学计算可知TiN/M₇C₃的二维错配度为8.43%，TiN可做为初生M₇C₃的异质形核质点，使M₇C₃晶粒细化.     

M7C3的形态分布对铁基复合层耐磨性能的影响

研究了在电磁搅拌的作用下,硬质相M7C3(主要是(Fe, Cr)7C3和Cr7C3)的数量和形态分布对堆焊层金属耐磨性的影响规律.对堆焊试件进行耐磨、硬度试验,并采用SEM,XRD对堆焊进行显微组织和成分分析.发现随着磁场参数的改变,硬质相M7C3由杂乱无章的分布逐渐转变为较规则的六方块状分布,堆焊层金属的耐磨性也随之增强;当磁场电流为3A,磁场频率为10Hz时,堆焊层金属的性能达到最佳状态,此时堆焊层中硬质相(M7C3)均成较规则的六方块状分布.结果表明,在适当的磁场参数作用下,硬质相(M7C3)成较规则的六方块状分布可以显著的提高堆焊层金属的耐磨性.