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稀土对铁基合金焊接机层耐磨及耐蚀性能的影响

来源:云更新 时间:2020-06-26 09:05:10 次数:

稀土对铁基合金焊接机层耐磨及耐蚀性能的影响

 激光名义熔敷技巧存在涂层与基材结合坚固、涂层稀释率低、工件变形小等其余名义技巧难以实现的特点跟辽阔的利用前景,在产业技巧跟科学研究范畴引起了普遍器重。利用名义改性可能有效地改良机械整机或工具的利用机能跟延长其利用寿命.工程资料的磨损跟腐化等景象大多从名义开端,因此资料名义维护存在重要的工程利用价值.与此相适应,焊接机在进步资料名义抗磨机能方面的利用受到了普遍关注.稀土被人们称为新资料的“宝库”,自上世纪60年代被引用于金属及合金的名义改姓以来,这方面的科研工作进展敏捷,获得了很多令人满意的结果。人们揭示出,稀土对多种金属存在沾染、变质跟合金化作用,可明显改良金属资料的力学机能、热加工机能、高温抗氧化机能、耐磨及耐腐化机能,因此在冶金、铸造及热处理等范畴获得了普遍利用.咱们预期,在铁基合金焊接机层中引入La将可能明显改良合金名义的抗磨机能,从而扩大其摩擦学利用范畴.鉴于此,咱们在铁基合金焊接机层中引入不同含量的La2O3,考察了稀土对铁基合金焊接机层组织及抗磨机能的影响.但目前稀土被引入激光熔敷工艺重要集中在钴基、镍基合金以及MCrAlY系合金涂层中。

1 实验资料及方法

1.1 实验资料

焊接机工艺

实验基材采取100 mm×30 mm×10 mm的45钢板;硬度约为220HV。以Fe基合金粉末(化学成分:0.21%C,1.18%B,3.25%Si,19.92%Cr, 12.60%Ni,其余为Fe;粒径0.085~0.246 mm;流动性﹤22 s/50 g)作为涂层资料,稀土CeO2粉末纯度为99.9%,稀土加入量分辨为0.0%、0.3%、0.6%、0.9% 、1.2%跟1.5%。将稀土氧化物粉末跟铁基合金粉末通过机械搅拌混淆均匀,干燥待用。

采取3kW的CO2疾速轴流激光器(输出功率为1.5 kW,光斑直径4 mm,扫描速度5 mm/s,功率密度1.19×104W/cm2,多道熔覆搭接率30%,同轴送粉方法)进行焊接机处理,熔覆层厚度约1 mm.

1.2 机能测试

采取CSM950型场发射扫描电子显微镜(SEM)察看熔覆层微观组织形貌,并利用SEM所配置的能量色散X射线剖析装置(EDAX)剖析熔覆层及其磨痕名义组成.采取MT-3型显微硬度计沿熔覆层深度方向丈量显微硬度散布,载荷为1.96×10-3N,加载时光5 s,取10次丈量结果的均匀值.

1.3 摩擦磨损实验

选用MM-200型摩擦磨损实验机评估焊接机层的摩擦磨损机能.实验前采取600#砂纸精磨焊接机层试样名义;偶件为45#钢环(外径40 mm,内径16 mm,厚10 mm,硬度500HV).选用载荷分辨为10

  N、20

  N、30

  N、40

  N、50 N;实验时光15 min;线速度为0.42 m/s.在摩擦磨损实验进程中每隔1 min记录一次摩擦系数;实验结束后用丙酮荡涤焊接机层试样,随后用读数显微镜测定其磨痕宽度(丈量正确度0.01 mm).

2 结果与探讨

2.1 熔覆层的显微组织

示出了不含稀土及含1.2%稀土的焊接机层组织形貌的SEM照片.可能看出,引入稀土使得焊接机层组织成长的方向性减弱,针状组织数量增加.与此同时,引入稀土氧化物使得焊接机层中的枝晶疏散度增大,枝晶间缝隙减小,树枝晶成长碰壁,并在一定水平上导致晶粒细化.其起因在于,存在较强化学活性的稀土元素轻易同其它元素产生化学反应,形成牢固的化合物,从而增加熔覆层中的形核质点,加快熔覆层在凝固进程中的形核速度,导致晶粒细化.此外,稀土还可能增加液态金属的流动性,减小凝固进程中的成分过冷,减弱成分偏析,从而使组织趋势均匀化.

2.2 焊接机层硬度散布>示出了不同稀土含量的Fe基合金焊接机层显微硬度随深度变更的关联曲线.可能看出, 16Mn钢经焊接机处理后显微硬度明显进步,而引入稀土可能进一步进步焊接机层的硬度.同不含稀土的焊接机层比较,稀土含量为1.2%的熔覆层的显微硬度有所增大,均匀显微硬度为400~450HV,而稀土含量为2.0%的熔覆层的均匀硬度约为500HV.这是因为引入稀土导致熔覆层组织细化跟硬质金属化合物弥散强化所致.

2.3 焊接机层的摩擦磨损机能> 

分辨示出了摩擦系数随实验时光(载荷为50 N)以及磨斑宽度随载荷变更的关联曲线.可见,摩擦系数随实验时光的延长而增大,引入稀土有利于降落摩擦系数[见(a)],当稀土含量较高(1.2%)时尤其如此.其起因在于,存在六方层状结构的La2O3稀土化合物自身存在润滑作用[9],同时稀土可能增进Cr的碳化物跟硼化物硬质相析出[10],进步熔覆层的硬度,降落犁削跟粘着作用,从而降落摩擦系数.另一方面,同不含稀土的焊接机层比较,含稀土的焊接机层的磨斑直径较小,且对载荷的敏理性较弱,当载荷较高(>40 N)时尤其如此[见(b)].有趣的是,稀土氧化物含量较低(0.8%)的焊接机层的磨斑直径较小,而当稀土氧化物含量较高

(1.2%)时,其改良焊接机层抗磨机能的后果有所减弱.这同稀土在熔覆层中的作用机理有关.换言之,因为稀土在合金中的固溶度很小,稀土氧化物大多存在于晶界;当稀土加入量较小时,晶界得到强化,晶界邻近位错的挪动性较强,晶粒之间的滑移传递较轻易,这有利于增进摩掠进程中名义微裂纹顶部的应力松弛,增加裂纹扩大的阻力,从而减轻磨损.但当晶界处稀土氧化物聚集过多时,晶界处位错挪动碰壁,晶界脆性增加,磨损进程中微突体易沿裂纹扩慷慨向产生脆断,从而使磨损加剧.

         >   示出了不含稀土及含1.2%稀土的焊接机层磨损名义形貌SEM照片(50 N,15 min).可能看出,不含稀土及含1.2%稀土的焊接机层磨损名义存在明显差别,不含稀土的熔覆层磨损名义显现重大的粘着跟脆性断裂剥落迹象[见(a)],断口处存在大量剥落颗粒;而含1.2%稀土的焊接机层磨损名义粘着迹象较幽微,除少量剥落颗粒外,未见大面积脆性剥落迹象[见(b)].这同2种焊接机层相应的抗磨机能差别应.

3 论断

a. 在铁基合金焊接机层中引入稀土可能弱化组织成长的方向性,增加针状组织的数量,减小晶须之间的缝隙,限度树枝晶成长,从而细化晶粒.

b. 引入稀土可能增加铁基合金焊接机层的均匀硬度,改良其抗磨机能;当稀土加入量为1.2%时,相应焊接机层的综合机能较好.

c. 引入稀土使得铁基合金焊接机层同45#钢对摩时的粘着跟脆性剥落明显减轻,这同其对焊接机层抗磨机能的影响应.>