PDF《铁基合金等离子熔覆层高温处理后组织与性能》

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1 - 铁基合金等离子熔覆层高温处理后组织与性能 唐英 1,2 ,林引

3 ,赵乃勤

1 ,陈珊珊

1 1. 天津大学材料科学与工程学院,天津 (300072) 2. 天津工业大学机电学院,天津 (300160) 3. 天津汽车工业(集团)有限公司,天津 (300040) E-mail:yingt@tjpu.edu.cn 摘要: 本文主要分析了铁基合金粉末等离子熔覆层高温处理后的组织与性能. 通过试验得 出了随加热温度的升高,熔覆层硬度变化曲线,采用配有能谱仪的扫描电子显微镜(SEM) 观察了该熔覆层的微观组织形貌并测定了其元素的分布及微区成分,利用 X 射线衍射仪 (XRD)进行了合金的物相分析.结果表明,熔覆层的基本组织是 γ(Fe、Cr、Ni)固溶体和(Cr、 Fe)7C3 化合物.当加热温度达到 850℃时,基体上析出了颗粒状的化合物,且组织中碳化物 的类型由(Cr、Fe)7C3 型转变为(Cr、Fe)23C6 型. 关键词:铁基合金;

熔覆层;

耐高温性;

显微组织 随着航空航天、能源、动力等工业领域的发展,人们对材料提出了越来越高的要求.为 了使零部件能适应更高的环境温度, 同时节省资源, 目前国内外常采用的方法是在零件表面 熔覆钴基合金,以满足苛刻的工作环境要求 [1-4] , 例如发动机排气门密封面、石油化工的高 参数阀门等. Co 基合金具有优异的高温综合性能,但价格昂贵,成本高.铁基合金熔覆层常用于要 求局部耐磨且抗冲击的零件, 其优势在于成本低廉且耐常温磨损性能好, 但其高温综合性能 较差. 本课题研制了一种耐高温铁基合金粉末, 本文主要对其等离子熔覆层高温处理后的组 织和性能进行了分析探讨.

1 试验材料及方法 1.1 试样制备 熔覆材料为自行研制的铁基自熔性合金粉末, 其主要成分(质量分数)为: 1.5%~2.0%C, 1.5%~1.7%Si,4.0%~4.5%Mo,25%~30%Cr,15%~20%Ni,Fe 余量.合金粉末采用雾 化法制备,所用的冶炼设备为 60kW 高频感应加热炉,选用的粉末粒度为 45~109?m. 采用 WD2-1 型等离子堆焊机在

45 钢表面制备熔覆层, 工艺参数如下: 转移弧电压 26V, 转移弧电流 100A, 转台速度 3.00 r/min, 中心气流量

100 L/h, 保护气

50 L/h, 送粉气

140 L/h, 其中,中心气、保护气、送粉气均采用氩气,熔覆层厚度 3mm. 高温处理的实验方法: 每组试验取三块表面用等离子弧堆焊了该合金粉末的试块, 将熔 覆层表面磨光,然后测定其硬度,熔覆层表面的平均硬度为 39HRC.将试样放入 SX-4-10M 型箱式电阻炉中进行加热处理, 温度分别设定为 400o C、 450o C、 500o C、 550o C、 600o C、 650o C、 700o C、750o C、800o C、850o C,保温

1 小时,取出试样空冷至室温,测定熔覆层硬度,并取 其平均值. 用线切割方法切取试样, 使熔覆层的纵截面显露在外, 按常规方法制备金相试样, 腐蚀剂为王水. 1.2 试验方法 用OLYMPUS-BX51M 型光学显微镜观察并拍摄试样的金相组织,分别用 JSM―6700F 场发射扫描电镜和 XL30ESEM 环境扫描电镜观察和拍摄高温处理后试样的微观组织形貌, http://www.paper.edu.cn -

2 - 并配合 Oxford Inca Energy

300 型能谱仪对试样进行微区元素成分及分布分析,用日本理学 Rigaku2500/PC 型X射线衍射仪测定熔覆层的物相.

2 试验结果与分析 2.1 熔覆层硬度分布 高温处理后熔覆层的硬度随温度的变化如图

1 所示.由图可看出,与未处理的熔覆层 相比,400℃加热后熔覆层硬度没有变化.经450℃加热后,其硬度比未处理的熔覆层略有 上升, 并且在450℃到650℃的温度区间内, 高温处理后硬度基本保持不变. 在650℃到750℃ 范围内,其熔覆层硬度与未处理的相同.但当温度达到 800℃后,硬度值出现陡降.