（材料加工工程专业论文）fecrnbbc耐磨堆焊层性能的研究.pdf

一 一1 iq l t l l l t l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l1 1 1 t l l l q q l l l l q l l u l y 17 8 8 4 6 5 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：廷：! ：i 良日期：丑! 臣；么a ! 星! 孓 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：装：b ；良 导师签名 1 捅要 摘要 f e c r - c 系耐磨堆焊合会由于硬度高，综合性能好，价格低廉而被广泛应用 于矿山、煤矿等耐低应力磨料磨损的工况环境。由于堆焊用的f e c r - c 合金c r 含量高，碳含量可大于3 ，合适的c r c 比可使其组织中含有较多的初生碳化 物m 7 c 3 ，从而获得优异的抗磨损性能。但是在一些更严酷的磨损环境下，堆焊 层容易产生裂纹，碳化物易从基体上剥落，使得f e c r - c 耐磨堆焊合金的耐磨性 能不能满足使用要求。 本研究通过加入b 、n b 等元素，采用多元强化来改善耐磨堆焊层的性能。 由于硼在铁中的溶解度极低，所以加入的硼大多形成硼化物，硼化物具有非常高 的硬度和热稳定性，因此是良好的耐磨相。如硼与铁生成的f e 2 b 硬度为 h v l 4 0 0 - - 一1 5 0 0 。而铌是强碳化物形成元素，铌可以稳定高铬铸铁中的碳化物， 铌和碳不仅能形成初生碳化物，而且形成二次碳化物，降低奥氏体中碳的浓度， 使奥氏体不稳定。细小的碳化铌颗粒均匀分布与组织中，可提高堆焊层耐磨性能， 在结晶时作为外来结晶核心，明显控制结晶过程中晶粒长大和碳化物晶界的移 动，从而细化组织，改善碳化物分布，减少粗大的柱状晶组织。同时，铌的碳化 物硬度很高，可达h v 2 2 0 0 ，并弥散分布于基体中成为耐磨硬质相，与m 7 c 3 一 道成为堆焊层中的耐磨骨架，使堆焊层的抗裂性和耐磨性都得到了明显的改善。 本文通过填粉埋弧堆焊的方法制备了f e c r - n b b c 堆焊层，并研究了堆焊组织 与性能之间的关系。 采用x 一射线衍射物相分析、光学显微镜和电子扫描电镜s e m 针对熔敷金属 的碳化物形貌、晶界形貌、磨损形貌进行观察分析，结合能谱测试结果和耐磨性 测试和显微硬度分析结果等方面的试验进行研究。研究结果表明：当硼含量超过 2 5 时，能够生成f e 2 b 硬质相，硼的加入能显著提高硬质相的密度和宏观硬度， 同时通过调节碳含量来控制基体的组织和性能，从而有效提高耐磨堆焊层的综合 性能。在堆焊过程中n b 可以稳定的过渡到焊缝中，在碳含量充足的情况下n b 全 部以n b c 的形式存在，但是当n b 含量超过4 5 时，由于n b 消耗了大量的碳，使 得m 7 c 3 的数量急剧减少，堆焊层的耐磨性能反而下降。由此可见n b c 并不能做为 单一的硬质相来提高耐磨性，必须配合m 7 c 3 一起才能提高耐磨性。 北京t 业大学硕士学位论文 本文研究和总结了f e c r n b b c 耐磨堆焊合金的组织与性能，提出了元素的 最佳配比，为f e c r - n b b c 耐磨合金的研究和应用提供了一条参考途径。 关键词：耐磨堆焊；硬质相；磨粒磨损：硬度 a b s t r a c t a bs t r a c t d u et oi t sh i g hh a r d n e s s ，g o o dp e r f o r m a n c ea n dl o wp r i c ef e c r - ch a r d f a c i n g a l l o yi sw i d e l yu s e di nm i n e s ，s u c ha sc o a ll o ws t r e s sa b r a s i o nr e s i s t a n c eo ft h e w o r k i n ge n v i r o n m e n t t h ec h r o m i u mc o n t e n to ff e - c r - ch a r d f a c i n ga l l o yi sv e r y 1 1 i g h ，c a r b o nc o n t e n tc a nb em o r et h a n3 ，a p p r o p r i a t ec r ct h a nc a nm a k ei t s o r g a n i z a t i o n c o n t a i n sm o r ep r i m a r yc a r b i d em 7 c 3 ，e x c e l l e n tw e a rr e s i s t a n c e p e r f o r m a n c e b u ti ns o m eo ft h em o r es e v e r ew e a re n v i r o n m e n tt oc r a c k ，h a r d f a c i n g l a y e r ，c a r b i d es u b s t r a t e f l a k ee a s i l y ，s of e c r - ch a r d f a c i n ga l l o y sw e a r r e s i s t i n g p e r f o r m a n c e c a n n o tm e e tt h er e q u i r e m e n t s i nt h i ss t u d yw em u l t i i n t e n s i f yt h ep r o p e r t yo fh a r d f a c i n gb ya d d i n gb o r o na n d n i o b i u m b e c a u s eo ft h el o ws o l u b i l i t yo fb o r o n ，i ti sa l m o s tf o r m i n gb o r i d ei nt h e m i c r o s c o p i cs t r u c t u r e b o r i d ei saw e a rr e s i s t a n tp h a s eb e c a u s eo fi t sh i 【g hh a r d n e s s a n dt h e r m a ls t a b i l i t y f o re x a m p l et h em i c r oh a r d n e s so ff e 2 bi sh v14 0 0 - - 15 0 0 a n dn i o b i u m sh a r d n e s si sv e r yh i g h ，n i o b i u mc a nf o r me l e m e n t sc a r b o ns t a b i l i t yo f h i g hc h r o m i u mc a s ti r o nc a r b i d e s ，n i o b i u ma n dc a r b o nf o r ms e c o n d a r yp r i m a r y c a r b i d ee a s i l y ，t h a tr e d u c ec a r b o na u s t e n i t i cc a r b o nc o n c e n t r a t i o n ，m a k et h ea u s t e n i t i c i n s t a b i l i t y t i n yn b ci sd i s t r i b u t e ds y m m e t r i c a l l yi nb a s em e t a l i tc a ni m p r o v et h e w e a r - r e s i s t i n gp r o p e r t yo fh a r d f a c i n ga l l o y a sf o r e i g nc r y s t a l l i z a t i o ni nt h ec r y s t a l c o r ec o n t r o l ，t h ep r o c e s so fc r y s t a lg r a i ng r o w t h ，a ta n dc a r b i d eg r a i nr e f i n e m e n to f m o b i l e ，t h e r e b yi m p r o v i n gc a r b i d e ，a n dr e d u c eb u l k yc o l u m n a rc r y s t a lo r g a n i z a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h eh a r d n e s so fn b cr e a c h e st o2 2 0 0 h va n dn b cd i f f u s e s d i s t r i b u t i o ni nt h em a t r i x ，a n db e c o m ew e a rr e s i s t a n tp h a s e n b ca n dm 7 c 3a st h e w e a r - r e s i s t i n gs k e l e t o no fh a r d f a c i n g ，t h ec r a c kr e s i s t a n c ea n dw e a rr e s i s t a n c eh a v e b e e ni m p r o v e d b a s e di nt h eb u l k w e l d i n gm e t h o do fp r e p a r a t i o nf o rf e c r - n b - b c h a r d f a c i n ga n ds t u d i e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s s e v e r a lc o n c l u s i o n sc a nb eg o ti nt h i sp a p e rb yx r a yp h a s ea n a l y s i s ，s e m a n a l y s i s ， e l e c t r o n e n e r g ys p e c t r u ma n a l y s i s ， m i c r oh a r d n e s s a n a l y s i s a n d m e t a l l o g r a p h i co b s e r v a t i o n r e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a t ：w h e nt h ec o n t e n to fb o r o ni s h i g h e rt h a n2 5 b o r o ne x i s t sa st h es h a p eo ff e 2 bp h a s ee n h a n c i n gt h ed e n s i t yo f w e a rr e s i s t a n tp h a s ea n dm a c r oh a r d n e s s a tt h es a m et i m e ，w ec a nc o n t r o lt h e s t r u c t u r ea n dt h ep r o p e r t yo fb a s a lb o d yb yv a r y i n gc a r b o nc o n t e n t t h u se f f e c t i v e l y i m p r o v et h ec o m b i n a t i o np r o p e r t yo fh a r d f a c i n g i nt h ep r o c e s so fh a r d f a c i n g ，n bc a n b es t a b l et r a n s i t i o nt ow e l db e a d n i o b i u me n t i r e l ye x i s t sa sn b cw h e nt h ec o n t e n to f i c a r b o ni sa m p l e w h e nt h ec o n t e n to fn i o b i u mi sh i g h e rt h a n4 5 ，t h ea b r a s i o n w e a l r e s i s t a n c eo fh a r d f a c i n gi sd e c l i n e b e c a u s et h en bc o n s u m e sv a s tq u a n t i t i e so f c a r b o n a 1 1 dm a k e sm 7 c 3d e c r e a s e ds h a r p l y , t h ew e a r - r e s i s t i n gp e r f o r m a n c eo ft l l e h a r d f a c i n gl a y e rw i l ld e c r e a s e t h u sn b cc a l l t a sas i n g l eh a r dp h a s et oi m p r o i , e a b r a s i o nr e s i s t a n c e ，m u s tc o o p e r a t em 7 c 3t o g e t h e rt oi m p r o v er e s i s t a n c e t h i sp a p e rh a sb e e ns t u d i e dt h er e l a t i o n s h i po ft h ep r o p e r t ya n dm i c r o s t r u c t u r eo f f e c r - n b b ch a r d f a c i n ga l l o ya n dp o i n t e do u tt h eo p t i m a lp r o p o r t i o no fe l e m e n tf o r t h ef e c r - n b b ch a r d f a c i n ga l l o y t h i sp a p e rs u p p l i e sar e f e r e n c ef o rt h es t u d ya n d a p p l i c a t i o no ff e c r - n b b - ch a r d f a c i n ga l l o y k e yw o r d s ：h a r d f a c i n g ，p r i m a r yc a r b i d e ，a b r a s i o n ，h a r d n e s s 目录 目录 摘要一i a b s t r a c t i i l 第l 章绪论。1 1 1 课题背景1 1 1 1 堆焊技术1 1 1 2 研究耐磨堆焊的必要性1 1 1 3 耐磨堆焊的研究现状2 1 1 4 耐磨板现状9 1 2 磨料磨损一1 i l 2 1e r o b i n o w i e z 磨料磨损理论模型11 1 2 2 低应力磨料磨损机理以及影响因素1 2 1 3 研究目标及研究任务1 4 第2 章实验设备与方法1 5 2 1 耐磨堆焊层的制备1 5 2 1 1 堆焊材料1 5 2 1 2 堆焊层堆焊方法与制备1 6 2 2 堆焊层组织与性能测试1 8 2 2 1 堆焊层取样1 8 2 2 2 堆焊层的金相组织测试1 9 2 2 3 洛氏硬度测试。1 9 2 2 4 显微硬度测试1 9 2 2 5 堆焊层成分分析19 2 2 6x 射线衍射试验1 9 2 2 7 场发射扫描电镜试验和能谱分析。1 9 2 2 8 磨粒磨损性能测试2 0 2 2 9 试样磨损后表面形貌的观察2 l 2 3 本章小结2 卜 v 北京工业大学硕七学位论文 第3 章b 对f e c r - c 耐磨堆焊层组织与性能的影响2 3 3 1 前言2 3 3 2 堆焊层化学成分分析2 3 3 3 堆焊层显微组织2 3 3 4 堆焊层x r d 物相分析2 5 3 5 堆焊层磨粒磨损性能2 5 3 6 本章小结2 7 第4 章f e c r - n b c 耐磨堆焊层组织与性能2 9 4 1 前言2 9 4 2 堆焊层组织与性能2 9 4 2 1 堆焊层化学成分2 9 4 2 2 堆焊层金相组织2 9 4 2 3 堆焊层的扫描电镜分析3 1 4 2 4 堆焊层的物相分析3 2 4 2 5 堆焊层耐磨性能3 2 4 3 本章小结3 5 第5 章f e c r - n b b c 堆焊层性能及影响因素分析3 7 5 1 前言3 7 5 2 配方中合金元素的分析3 7 5 2 1 碳元素的作用3 7 5 2 2 其他合金元素的作用4 0 5 3 常见硬质相性能4 0 5 4n b 含量对f e c r - n b b c 堆焊层组织与性能的影响4 2 5 4 1 堆焊层化学成分。4 2 5 4 2 堆焊层组织分析4 3 5 4 3 堆焊层性能分析4 4 5 4 磨损时间对堆焊层耐磨性的影响4 8 5 5 本章小结。4 9 结论51 ， 目录 参考文献。5 3 攻读学位期间发表的学位论文5 7 致 射一5 9 北京t 业大学硕一l 学位论文 v i 第l 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1 堆焊技术 堆焊是利用焊接热源将具有一定性能的材料熔敷在基体表面上，形成冶金结 合的一种工艺过程。堆焊的目的并不是为了连接焊件，而是利用焊接的方法在焊 件表面获得耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属，或是为了恢复或增加零件 的尺寸【n 。堆焊技术的显著特点是堆焊层与母材具有冶金结合，堆焊层在服役过 程中的剥落倾向小，而且可以根据服役性能选择或设计堆焊合金，使材料或零件 表面具有良好的耐磨、耐高温等性能1 2 j ，在工艺上有很大的灵活性。本文所涉及 堆焊主要是应用其耐磨性能，起到提高工件表层工作面耐磨性能的作用。 1 1 2 研究耐磨堆焊的必要性 据统计，机械设备提前失效的原因7 0 由于磨损和腐蚀，机电产品制造和使 用中大约1 3 的能源直接消耗于摩擦磨损。我国机电系统1 9 9 0 年调查2 7 个省市共 4 0 0 家企业，由于磨损而造成的损失约为1 1 6 亿元 3 1 。 在冶金、发电、矿山、建材、煤炭等行业中，许多工况条件都存在设备的严 重磨损问题，造成设备过早地损坏，需停机检修或更换。如焦碳的筛分，由于物 料的磨削作用，碳钢板制成的料斗使用一个月就磨损报废；炼铁厂的高炉排渣管 道不断受到水渣的冲刷，磨损也相当严重，l o m m 厚的碳钢板制成的管道使用寿 命仅为2 3 个月。还有风机叶片、振动给料机、管道弯头、洗煤设备、破碎设备 等，也都是较为典型的易磨损设备1 4 j 。 随着我国工业的飞速发展，亟待开发多种新型堆焊材料以满足现行生产的需 要，我国目前仍然是一个发展中的大国，和西方工业发达国家相比，装备和加工 技术水平处在一个中级水平【5 , 6 1 。就设备制造来讲( 如轧辊、拉丝滚筒、各种破 碎机等制造) 不是以堆焊材料方法赋予设备表面特殊的耐磨性能，而是以整体材 料制造，从考虑成本出发，不可能加入较多的贵重合金元素，其表面耐磨性往往 难以令人满意。 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。所以对于耐磨材料的研究对于国民经济的 发展具有相当重要的意义。当前用于抵抗磨损而采用的表面强化技术多种多样， 其中耐磨堆焊技术是广泛应用的方法，在实际的应用中取得了良好的耐磨效果和 广泛的经济效益，越来越多的被各行业所采用。 北京工业大学硕十学位论文 1 1 3 耐磨堆焊的研究现状 对于表面耐磨堆焊的研究，分为堆焊工艺方法和堆焊材料两个方面。 1 1 3 1 堆焊工艺方法 各种熔焊方法都可以实现表面堆焊，传统的焊条电弧焊、埋弧堆焊、气体保 护电弧焊足比较成熟的工艺方法，也是应用最为广泛的。随着焊接技术的不断提 高，高效电弧堆焊( 多丝焊、宽带极堆焊) 、电渣堆焊、t i g 堆焊、等离子弧粉末 堆焊、高能束( 激光，聚焦光束) 粉末堆焊等新工艺不断得到发展。就熔敷效率而 言，已从单丝电弧堆焊的l lk g i l 发展到多带极电弧堆焊的7 0 k g h ，而稀释率从 电弧堆焊的3 0 , - - - , 6 0 降低到等离子弧、激光、聚焦光束堆焊的5 左右【7 8 j 。 以激光堆焊为代表的高能束堆焊技术的特点是可以实现热输入的准确控制， 涂层厚度大，热畸变小，成分和稀释率可控制性好，可以获得组织细密、性能优 越的堆焊层，因而成为国内外学者的研究重点，近十几年来也得到了迅速发展。 但激光设备和电子束设备一次性投资昂贵，运行费用高，限制了其在工业生产中 的广泛应用。 聚焦光束表面堆焊是近年来发展起来的新型表面堆焊技术，聚焦光束的特点 是金属材料对它吸收率高，能源利用率达到2 0 以上，单道处理宽度大，设备造 价仅为同功率激光的1 3 ，工艺成本相对较低。聚焦光束自动送粉堆焊技术的研 究是高能束粉末堆焊技术重要发展方向。 1 1 3 2 堆焊材料分类 堆焊合金的化学成份和金相组织对其使用性能起着决定性作用，所以堆焊合 金的分类必须考虑这两种因素，常见的堆焊合金有铁基、镍基、钻基、铜基合金 和碳化物等几种类型。 ( 1 ) 铁基合金 铁基合金t 9 l 是应用的最广泛的一种堆焊合金。这不仅仅是因为其价格低廉， 经济性好，而更是因为经过成分、组织的调整，铁基合金可以在很大范围内改变 堆焊层的强度韧性耐磨性耐蚀性耐热性和抗冲击性。由于合金含量和冷却速度的 不同，铁基合金堆焊层的组织可以是珠光体、马氏体、奥氏体或莱氏体等。 ( a ) 珠光体合金一般含碳量小于0 2 5 ，合金元素总量不超过5 。这种合 金焊后的金相组织以珠光体为主( 包括索氏体和屈氏体) ，焊接性好、抗冲击能力 强，堆焊层硬度较低( h r c 2 0 h r c 3 8 ) ，虽有利于机械加工，但耐磨性较差，主 要用于修复被磨损零件，如轴类及车轮磨损面，有时也在堆焊高耐磨材料时作打 底焊，起恢复尺寸和过渡层的作用。在少数情况下，珠光体堆焊层可以直接用于 对耐磨性要求不高的工作表面。 珠光体合金的焊接性良好，对稀释率的要求也不严。采用的工艺方法以手弧 焊和熔化极自动堆焊为主。 第1 苹绪论 ( b ) 马氏体合金，在正常的焊接条件下，马氏体钢的堆焊层的焊态组织为马 氏体。其含碳量在o 1 1 0 之间，同时含有m n 、m o 、n i 等元素，使其具有“自 淬硬 性能。根据淬硬性和冷却条件的不同，焊后组织在马氏体与马氏体+ 贝氏 体之间变化。 马氏体钢堆焊层的硬度( h r c 2 5 一h r c 6 0 ) 和耐磨性比珠光体钢高，而韧性和抗 冲击性则要低，而且随着含碳量的增加，这种趋势越来越明显。但其焊接性比珠 光体钢差。因此，焊前对母材表面要除油除锈，对裂纹敏感性比较强的母材还要 考虑焊前预热和焊后热处理。 马氏体钢堆焊层最理想的应用是在抗金属间磨损的场合，例如各种齿轮、轴 类的堆焊。在低应力磨料磨损的场合也能获得比较满意的使用效果，例如桦犁、 挖泥铲的堆焊等。在高应力磨料磨损和有中度以上冲击的工况下，马氏体钢的应 用比较少见。其耐热性和耐蚀性亦不能令人满意。 ( c ) 耐磨奥氏体合金主要分为高锰钢和铬锰钢两大类。典型高锰钢的 w c = 1 1 4 、w m 。= l o 1 4 ；低铬锰奥氏体钢含铬量不超过4 ，含锰量在 1 2 一1 5 之间，并含有一些n i 和m o ；高铬锰奥氏体钢堆焊层的w c 尸1 2 一1 7 、 w m l l = 1 5 。 高铬钢和铬锰奥氏体钢在堆焊后具有相同的组织结构，均为奥氏体组织。焊 态的硬度也相似，均在h b 2 0 0 h b 2 5 0 之间。它们最显著的共同特点是加工硬化 ” 性能非常强。在受到较大的冲击载荷以后，表面硬度可达h b 4 5 0 h b 5 5 0 。因此， 耐磨奥氏体堆焊层抗低应力磨料磨损的效果并不出众，但特别适合于有冲击的高 应力磨料磨损的场合。 高锰钢堆焊层的工艺性能比较好，但有时会出现热裂倾向。为此，推荐使用 较小的线能量。在低合金钢基体上堆焊高锰钢和低铬锰奥氏体钢时，由于母材的 稀释作用，会在焊层中出现马氏体脆化区，使堆焊层在冲击载荷下产生裂纹进而 引起剥落。故建议在堆焊之前先用高合金奥氏体不锈钢打底作过渡。而高铬锰奥 氏体堆焊层不必使用过渡层。 ( d ) 高合金铸铁堆焊层含有1 5 6 的c ，并含有大量的c r ( 3 3 5 ) 、适量 的w 、n i 、m o 、v 、t i 、b 等元素。按相结构，又分为马氏体合金铸铁、奥氏体 合金铸铁和高铬合金铸铁三大类【1 0 l 。大量的c 、c r 、m o 、w 、v 、t i 等提供了 大量的碳化物，在加b 的情况下还有一定的硼化物，因此使堆焊层的抗高应力 磨料磨损能力有较大改善，而耐冲击性和韧性却相应较低。 ( 2 ) 钴基合金 钴基合金主要指的是c o c r - w 合金。该类合金含c ：0 7 3 3 、w ：3 一2 1 、 c r ：2 6 3 2 。堆焊层的金相组织是奥氏体+ 共晶组织。而含碳量高的合金是过共 晶组织，出现大块的m 7 c 3 和m 6 c 型的合金碳化物。c o c r - w 合金的主要特点是 北京。【业人掌坝上学位论文 在6 5 0 。c 以上温度仍保持较高的强度和硬度，同时在5 4 0 。c 6 5 0 。c 时保持的高温 蠕变强度比任何其它堆焊合金的都高。此外，该合金具有一定的抗腐蚀性、优良 的抗粘着磨损性能。随着含碳量的增加还具有很高的硬度和优良的抗磨料磨损性 能。因此，虽然这类合金价格昂贵，在要求耐高温磨损、耐高温腐蚀的场合仍能 得到较多的应用。 钴基堆焊合金【l l 】随着含碳量、含钨量的增大，耐磨料磨损性能大大增强。如 含c r 9 的c o c r - w 合金，虽然抗磨料磨损性能一般，但由于有高的抗氧化性、 抗腐蚀性、耐热性和较低的摩擦系数，故可用于内燃机排气阀的密封面的堆焊。 而含c 2 5 的c o c r - w 合金虽有很好的抗磨料磨损性能，但抗冲击能力、焊接 性和机械加工性能下降，只能磨削加工，堆焊时易出现裂纹。它适用于高温工作 条件下高应力磨料磨损的工具刃部的堆焊，如牙轮钻头、热冲头、热剪刀等零件 的堆焊。 ( 3 ) 镍基合金 镍基合金按其强化相的不同可分为三大类，即含硼化物合金、含碳化物合金 和含金属间化合物合金，其中以含硼化物镍铬硼硅合金应用最广。 镍铬硼硅合金【眨j 系含b ：1 5 4 5 、c r ：0 18 。堆焊层的金相组织是奥氏体+ 碳化物+ 硼化物。一般含铬多的合金含硼量也高，形成极硬的硼化物。堆焊层常 温硬度可达到h r c ：6 2 ，具有很高的耐低应力磨料磨损能力，但抗冲击性能下降。 由于在5 4 0 c 仍保持较高硬度( h r c 4 8 ) _ 且具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，可用 于阀门密封面的堆焊。 含碳化物的镍基合金使用较少，但由于和钴基合金相比价格较低，作为钻基 堆焊合金的代用品【1 3 ，1 4 j 近来在国外得到较多应用，尤其是含碳化物( m 7 c 3 和m 6 c 型) 的n i c r - m o c o f e w - c 系列合金，较易用氧乙炔焰堆焊，使用更普遍。 含金属间化合物的镍基合金如n i 3 2m o 1 5 c r - 3 s i ，高温硬度高，具有很好的 耐金属间磨损的能力和中等的耐磨料磨损的能力，但抗冲击性不好，常用来堆焊 在严重腐蚀介质中工作的阀门密封面。 ( 4 ) 铜基合金 做堆焊用的铜基合金主要是铝青铜、铅青铜、锡青铜，有时也用黄铜和紫铜。 铜基堆焊合金耐腐蚀、耐气蚀、耐金属间磨损。可在铁基材料上堆焊铜合金制造 双金属件，也可用来修补磨损的零件。但铜合金易受硫化物腐蚀，耐磨料磨损性 能和抗高温蠕变能力差，且易受硫化物和氨盐的腐蚀。选用铜基合金堆焊材料时， 可参考同质的兰洞基合金的使用范围和应用场合。 ( 5 ) 碳化物 碳化物以钨的碳化物为主，还包括t i 、m o 、v 、t a 和c r 的碳化物。它们的 共同特点是硬度很高，其中碳化钨的应用最为普遍，碳化物的制造工艺分铸造和 第1 章绪论 烧结两种。碳化物堆焊层1 5 1 是由基体( 铁基、钻基、镍基或铜基合金) 与嵌入其中 的碳化物颗粒组成的复合材料。 常见碳化物及相关性能如表1 1 。 表1 - 1 常见碳化物及其相关性甜1 6 1 t a b l el 1c o m m o nc a r b i d e sa n dc o r r e l a t i v ep e r f o r m a n c eo fc a r b i d e s ( 6 ) 多元复合强化硬质耐磨堆焊合金的类型、性能及应用 多元复合强化硬质耐磨堆焊合金目前已发展达数十种，为了系统地了解各种 堆焊合金的性能，人们进行了分类。但无论如何分类，其堆焊层性能主要取决于 各组成相的性能，因此通常根据堆焊层主要组成相分类，目前国内外关于多元复 合强化硬质耐磨堆焊合金大致可分为以下几类： ( a ) c r c 系复合硬质耐磨堆焊合金 铬碳化合物( c r 2 3 c 、c r 7 c 3 ) 等的硬度( h r c 1 8 0 0 ) 高于石英砂磨粒的硬度 ( h v 1 3 0 0 ) ，性能优于普通渗碳体，是高铬合金铸铁系、c o c r - w 系、n i c r - b s i 5 北京工业大学硕士掌位论文 系和高碳高铬工具钢系等耐磨多元复合强化耐磨堆焊合金的主要硬质相【1 7 , 1 8 j 。 ( b ) w c 系复合硬质耐磨堆焊合金 w c 系复合硬质耐磨堆焊合金硬度( h v 2 4 0 0 ) 高于c 7 c 3 和刚玉磨粒的w c 硬 质相，这是很重要的技术突破。这类堆焊材料的种类、成分、堆焊工艺及其制备 技术，已颇具规模。 碳化钨堆焊材料多用于承受冲击载荷的严重磨损的情况下。堆焊w c 系合金 时，最突出的工艺问题是硬质相颗粒相的“沉底”，可通过合理控制粉末加