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磁场作用下铁基陶瓷复合堆焊合金的研究

作 者: 李乐成
导 师: 刘政军
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 原位合成 陶瓷硬质相 耐磨性 纵向直流磁场 磁场电流
分类号: TG455
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


磨料磨损是造成工业生产过程中机械设备及其零部件失效的一个重要因素,为了提高机械零件的耐磨性能、减少磨损失效带来的经济损失以及降低生产成本,铁基陶瓷复合堆焊合金的研究具有重要的实际意义。此外,为了进一步改善堆焊层的抗磨损性能,提高堆焊合金的工艺性,在确定合金系统的基础上引入纵向直流磁场,研究不同磁场参数对堆焊层的成形、组织和性能方面的影响规律。试验以钛铁粉、高碳铬铁粉、还原铁粉、石墨为原材料,按照铁、铬、钛、碳不同元素质量配比混合成不同的合金粉末,均匀涂敷在低碳钢表面,采用等离子弧堆焊设备在不同堆焊电流下进行堆焊试验,以选取最佳堆焊电流,在最佳堆焊电流下施焊,原位合成TiC、M7C3陶瓷硬质相。利用X射线衍射仪、扫描电镜、光学显微镜、能谱分析仪、洛氏硬度计、显微硬度计及湿砂磨损试验机等试验设备对堆焊层进行检测,并根据相图和热力学等理论基础进行综合分析和比较,得出耐磨性能最好的合金系统。以最佳合金系统的粉末为基础,在堆焊过程中引入纵向直流磁场进行堆焊,探讨磁场参数对堆焊层的影响。结果表明,堆焊速度为20mm/min,堆焊电流为150A时堆焊层的成形性较好,堆焊层原位合成了TiC和M7C3硬质相;在相同堆焊参数下,当Cr元素添加量为19.8%,Ti元素的添加量为4.5%时,堆焊层中形成了大量的M7C3和TiC硬质相,堆焊层表面硬度达到66.4HRC,磨损量为0.1284g,耐磨性能最佳;外加纵向直流磁场可以显著改善堆焊层的成形性,磁场电流达到2A以上时堆焊层成形性较好;堆焊过程中母材对堆焊合金的稀释作用随着磁场电流的增加而增大,当磁场电流为2~4A时,堆焊层与母材间的过渡层厚度适中,没有影响到堆焊层中M7C3和TiC硬质相的数目,且冶金结合良好;磁场电流为4A时,堆焊层表面M7C3硬质相均呈六角形分布,堆焊层表面硬度达到68.8HRC,磨损量为0.0810g,堆焊层的综合性能最好。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-24
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 表面堆焊技术的研究现状  12-14
    1.2.1 激光堆焊技术  12-13
    1.2.2 钨极氩弧堆焊技术  13
    1.2.3 等离子弧堆焊技术  13-14
  1.3 耐磨合金的研究现状  14-18
    1.3.1 堆焊合金的类别  14-15
    1.3.2 陶瓷硬质相的选择  15-17
    1.3.3 增强相的引入方法  17-18
  1.4 磁场作用焊接技术  18-20
    1.4.1 外加磁场对电弧形态的影响  18-19
    1.4.2 外加磁场对焊接熔池的影响  19
    1.4.3 外加磁场对焊缝金属显微组织的影响  19
    1.4.4 外加磁场对焊缝缺陷的影响  19-20
    1.4.5 磁场作用等离子堆焊技术  20
  1.5 堆焊层的磨损机制  20-24
    1.5.1 常见的磨损形式  20-21
    1.5.2 堆焊层磨损机理研究现状  21
    1.5.3 硬质相对堆焊层耐磨性的影响  21-22
    1.5.4 基体组织对堆焊层耐磨性的影响  22-24
第二章 试验材料、设备和方法  24-30
  2.1 试验材料  24
  2.2 实验设备及方法  24-30
    2.2.1 合金系统的设计  25-26
    2.2.2 堆焊试验及设备  26
    2.2.3 纵向直流磁场的引入  26-27
    2.2.4 试样的制备以及检测  27-28
    2.2.5 堆焊层的深腐蚀试验  28
    2.2.6 磨损试验  28
    2.2.7 硬度试验  28-30
第三章 Fe-Cr-Ti-C 系合金堆焊层组织与性能  30-55
  3.1 等离子弧熔覆Fe-Cr-Ti-C 系复合堆焊材料的热力学分析  30-32
  3.2 堆焊电流对Fe-Cr-Ti-C 系合金堆焊层的影响  32-36
    3.2.1 堆焊电流对Fe-Cr-Ti-C 堆焊层成型性的影响  33-34
    3.2.2 堆焊电流对Fe-Cr-Ti-C 堆焊层组织和性能的影响  34-36
  3.3 Fe-Cr-Ti-C 系耐磨合金堆焊层的组织分析  36-47
    3.3.1 Fe-Cr-C 三元相图分析  36-39
    3.3.2 Fe-Cr-Ti-C 系耐磨堆焊合金堆焊层的显微组织分析  39-47
  3.4 Fe-Cr-Ti-C 系耐磨堆焊合金堆焊层的性能分析  47-53
    3.4.1 堆焊层表面宏观硬度分析  47-49
    3.4.2 堆焊层横截面显微硬度分析  49-50
    3.4.3 堆焊层的磨损量分析  50-52
    3.4.4 堆焊层的磨痕形貌分析  52-53
  3.5 小结  53-55
第四章 原位合成陶瓷硬质相的生长机制  55-63
  4.1 原位合成TiC 陶瓷硬质相的生长机制  55-56
  4.2 原位合成M_7C_3陶瓷硬质相的生长机制  56-58
  4.3 原位合成M_7C_3和TiC 硬质相的联合作用  58-60
  4.4 原位合成M_7C_3硬质相的分布规律  60-62
  4.5 小结  62-63
第五章 外加纵向直流磁场对堆焊层的影响  63-80
  5.1 外加纵向直流磁场对堆焊层成形的影响  63-65
  5.2 外加纵向直流磁场对堆焊层显微组织的影响  65-73
    5.2.1 纵向直流磁场对堆焊层表面显微组织的影响  65-69
    5.2.2 纵向直流磁场对母材稀释作用的影响  69-73
  5.3 外加纵向直流磁场对堆焊层性能的影响  73-79
    5.3.1 纵向直流磁场对堆焊层宏观硬度的影响  73-74
    5.3.2 纵向直流磁场对堆焊试样横截面硬度的影响  74-76
    5.3.3 纵向直流磁场对堆焊层磨损量的影响  76-77
    5.3.4 不同磁场电流下堆焊层表面的磨痕形貌分析  77-79
  5.4 小结  79-80
第六章 结论  80-81
参考文献  81-85
在学研究成果  85-86
致谢  86

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 堆焊及补焊
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