毕业设计（论文）-高铬铸铁高频堆焊工艺及性能的研究.doc

i郑州大学毕业设计（论文）题目：高铬铸铁高频堆焊工艺及性能的研究ResearchonPropertyofHighChromiumCastIronProducedwithHigh-frequencyCompounding指导教师：XXX职称：教授学生姓名：学号：专业：材料成型及控制工程院（系）：材料科学与工程学院完成时间：2008年5月30日ii摘要在机械零件磨损中，磨料磨损占了很大比重。采用高频感应堆焊工艺在普通碳素结构钢母材上堆焊一层23mm厚的高铬铸铁耐磨层，可以同时具备两种材料的优点，满足零件对韧性和耐磨性的要求。本文主要对亚共晶、共晶、过共晶高铬铸铁组织进行金相分析，并测量堆焊层的硬度，研究分析了不同的高铬铸铁组织与耐磨性的关系。实验得出，与亚共晶、共晶组织的高铬铸铁相比，过共晶高铬铸铁具有更好的抗磨料磨损性能。关键词：高频堆焊；高铬铸铁；耐磨iiAbstractInthemechanicalpartswearing,Abrasionhasbeenalargeproportion.Wearing-resistinglayofhighchromiumcastironwascompoundedonthelowcarbonsteelplatewithHigh-frequencycompoundingmethods.Atthesametimethatcanhavetheadvantageoftwomaterials,meettherequirementsoftoughnessandWearabilityofparts.Thisarticleprocessmetallographicanalysisofthehighchromiumcastironwithdifferentcomposition,andmeasurethehardnessofsurfacing,analysistherelationsbetweendifferentcompositionofhighchromiumcastironandWearability.TheresultsshowthattheHyper-ectectichighchromiumcastironhaveExcellentWearabilitycomparewiththehypoeutecticandEutectichighchromiumcastiron.Keywords:High-frequencycompounding；highchromiumcastiron；wear-resistI目录摘要.iAbstract.ii1概述.11.1研究的目的及意义.11.2各种堆焊方法的比较.11.2.1手工电弧堆焊.21.2.2氧-乙炔焰堆焊.21.2.3自动埋弧堆焊.21.2.4气体保护电弧堆焊.31.2.5等离子弧堆焊.31.2.6高频感应堆焊.41.3堆焊的应用现状及前景.41.4研究目标和研究内容.52实验过程.72.1实验材料的选取.72.1.1实验材料的选取依据.72.1.2母材的选取.72.1.3高铬铸铁成分的选取.72.1.4焊剂的选用.82.2试验目的、方法及步骤.92.2.1试验目的及方法.92.2.2实验设备及材料.92.2.3实验步骤.93.实验结果与讨论.113.1母材组织分析.113.2复合层化学成分和硬度关系的分析.124结论.17参考文献.18附件1.18附件2.20附件3.21附件4.22附件5.23外文翻译.24外文原文.36II致谢.4311概述1.1研究的目的及意义目前,机械零件大多数是用金属材料制造的,在使用过程中会发生磨损.随着现代工业的发展,机械零件经常在异常复杂和苛刻的条件下工作,大量的机械零件往往因磨损,腐蚀或磨蚀而报废.这就要求在高温高压、承受较大载荷以及氧化、磨蚀等工作条件下的机械装备表面具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗氧化等性能。统计资料表明:在失效的机械零件中,大约有75%80%是属于磨损。供给机器的能量大约30%50%消耗于摩擦和磨损过程中。仅对我国冶金、煤炭、电力、建筑材料、农机等5个部门的不完全统计,金属件在与砂土、矿石、水泥相接触过程中被磨损的钢材量就在100万吨以上,再考虑因更换设备而降低的生产效率,1年所浪费的资金估计可高达30亿元。目前，由磨料磨损所造成的经济损失占全部磨损的50%以上。各种机械及零部件几乎都存在磨料磨损。磨损可导致设备构件的寿命下降，严重的，还会引起机械设备的事故，降低劳动生产率，进而造成社会资源的浪费，限制了工业向现代化和自动化的发展。因此，研究高性能的抗磨材料堆焊于机械及零部件表面，提高设备的使用寿命，对减少停机和维修，充分发挥材料性能节约用材，提高产量，增加效益，都有重大意义。另外，对于筛板、衬板、鄂板等这些采用高硬度材料制造的耐磨件，不仅生产成本高，而且脆性大，因而在强烈冲击载荷条件下使用时受到限制。在矿山、水泥等工业领域中，有许多抵抗磨粒磨损的工件都采用高硬度的铬系合金白口铸铁，然而其中部分易损件要求与设备的某些部位装配一起，需要对其非工作面进行机械加工，在这些情况下整体用高硬度材质就难以满足要求。还有一些易损件只要求特定的部位磨损到一定的尺寸后就失效报废，整体采用高硬度的耐磨材料就显得极不经济。所以，如果采用工作表面硬度高而非工作表面具有一定韧性或加工性能的双金属耐磨材料制造这类易损件，则是既经济又安全合理的设计。而堆焊正是解决这些问题提高机械零部件表面性能的一种重要方法5,12。1.2各种堆焊方法的比较堆焊是熔焊的一个分支是金属晶内结合的一种熔化焊接方法。因此凡是属于熔焊的方法都可以用与堆焊。生产中采用的堆焊方法很多，有手工电弧堆焊、氧-乙炔焰堆焊、自动埋弧堆焊、气体保护堆焊、等离子弧堆焊、电渣堆焊、高频感应堆焊等。目前应用最为广泛的是手工电弧堆焊和氧-乙炔焰堆焊。21.2.1手工电弧堆焊手工电弧堆焊与一般手工电弧焊的特点基本相同，设备简单、使用可靠、操作方便灵活、成本低适宜于现场堆焊，可以在任何位置焊接，特别是能通过堆焊焊条获得满意的堆焊合金。因此手工电弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一。手工电弧堆焊的缺点是生产效率低、劳动条件差、稀释率高。当工艺参数不稳定时，易造成堆焊层合金的化学成分和性能波动，同时不易获得薄而均匀的堆焊层。手工电弧堆焊主要用于堆焊形状不规则或机械化堆焊可达性能差的工件。由于手工电弧堆焊熔深较大，稀释率较高，堆焊层硬度和耐磨性下降，所以一般需堆焊23层。但堆焊层数较多时，易导致开裂和剥离，为此常对工件采取预热和缓冷措施，预热温度由堆焊部位的刚性等因素确定。1.2.2氧-乙炔焰堆焊氧-乙炔火焰是一种多用途的堆焊热源，火焰温度较低（30503100），而且可以调整火焰能率，能获得非常小的稀释率（1%10%）。堆焊时熔深浅、母材熔化量少。获得的堆焊层薄，表面平滑美观、质量良好。氧-乙炔焰堆焊所用的设备简单，可以随时移动，操作工艺简单、灵活、成本低，所以得到较为广泛的应用，尤其是堆焊需要较少热容量的中、小零件时，具有明显的优越性5。1.2.3自动埋弧堆焊自动埋弧堆焊是利用埋弧焊的方法在零件表面堆敷一层有特殊性能的金属材料的工艺过程。其目的是为了增强材料表面的耐磨、耐腐蚀等性能。埋弧堆焊的实质与一般埋弧焊接没有本质的区别，自动埋弧堆焊与一般的自动埋弧焊大致相同，所采用的设备完全是自动埋弧焊的设备。但为了增加熔敷率，降低母材稀释率，二者之间也存在差别，即自动埋弧堆焊希望在不降低生产率的条件下获得最小的溶深。在自动埋弧堆焊过程中，堆焊工件和焊丝在堆焊电弧的高温作用下被局部和全部熔化。为了保护熔融金属免受周围空气的影响、保存堆焊电弧的热量和防止金属飞溅，一般采用细颗粒状焊剂覆盖在堆焊区上。堆焊电弧使颗粒状焊剂部分熔化，维持堆焊电弧在熔融焊剂所形成的弹性外壳的空间中燃烧。这个弹性外壳可靠地将堆焊熔池隔绝于空气。自动埋弧堆焊比手工电弧堆焊能更有效地保护熔融金属不受空气影