两种新型耐磨堆焊材料及其堆焊金属组织性能研究

论文摘要

机械零件大多数是用金属材料制造的,由于零件之间或零件与物料之间的相对运动,会发生磨损。随着现代工业的发展,机械零件经常处于异常复杂和苛刻的条件下工作,大量的机械装备往往因磨损而报废。堆焊因工艺简单、设备投资少、操作灵活、适应面广而被广泛应用于在钢板表面制备耐磨合金层,提高机械零件的寿命。焊条、药芯焊丝均为传统的堆焊材料,一般采用合金粉末生产。合金粉末生产工艺复杂,使得堆焊材料的成本大幅度提高。同时传统的手工堆焊工艺生产效率也较低。本文针对上述问题,设计了夹芯合金粉块、堆焊合金颗粒两种新型耐磨堆焊材料。夹芯合金粉块解决了手工堆焊效率低的问题,堆焊合金颗粒则以钢铁企业的自产废钢为主要原料,降低了生产成本。夹芯合金粉块由内部的焊芯和外部的药皮两部分组成,其横截面设计为三角形、半圆形、梯形等特定几何形状之一,很好地解决了合金粉块中合金元素较多、熔点较高不易熔敷的问题。采用油压式焊条压涂机压制,在合金粉块中添加H08A焊芯,保证了压涂的工艺性能。夹芯合金粉块可以采用电弧熔敷。本文根据装载机的磨损工况,设计了Cr-Mo-V系夹芯合金粉块,通过SEM、X射线衍射和电子探针等实验手段研究了Cr-Mo-V合金粉块堆焊金属的组织与性能。实验结果表明:Cr-Mo-V堆焊金属的组织以马氏体为主,Cr、Mo等合金元素主要以固溶体的形式存在于基体中。通过磨料磨损实验研究了Cr-Mo-V堆焊金属中Cr/C比、Mo含量变化、堆焊金属的硬度与耐磨性的关系。基于研究结果,进行了Cr-Mo-V夹芯合金粉块应用于装载机工作装置的工程试验,结果表明耐磨性良好。随着钢铁冶金行业装备水平的提高,高洁净钢材的产量逐年提高。在钢板生产过程中,由于定尺的需要大约产生钢产量4%～5%的板头、板边,目前钢铁企业多作为废钢回炉重新炼钢,使得这些废钢重走炼钢、轧钢工艺流程,浪费能源、污染环境。这些废钢所具备的洁净特点符合焊接材料用原料标准,并且其中所含有合金元素也可以为焊接冶金有效利用。本文以钢铁企业的自产废钢为原料,采用中频感应炉将废钢熔化成钢水,并根据堆焊材料的使用工况添加适量合金元素,采用离心雾化技术将钢水制成堆焊用的合金颗粒,合金颗粒为直径0.1mm～5mm的球形或椭球形。合金颗粒采用电弧熔敷于钢板表面,可获得具有耐磨合金层的复合钢板。本文设计了系列Fe-Cr-C系高铬铸铁耐磨堆焊合金颗粒,通过SEM、X射线衍射等实验手段研究了亚共晶、共晶及过共晶Fe-Cr-C系合金颗粒堆焊金属的组织性能。通过磨料磨损实验研究了Fe-Cr-C合金颗粒堆焊金属的耐磨性能,分析了堆焊金属的碳当量、硬度与耐磨性的关系,以及过共晶高铬铸铁堆焊金属中碳化物数量与耐磨性的关系。用Fe-Cr-C合金颗粒堆焊的耐磨复合钢板制作装载机河砂斗的耐磨部件,在山东大汶河采沙场进行了装机实验。结果表明,装载机河砂斗的耐磨性大大提高。

论文目录

• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 耐磨材料的研究现状
• 1.1.1 高锰钢、中锰钢、超高锰钢
• 1.1.2 白口铸铁类耐磨材料的发展
• 1.1.3 耐磨合金钢
• 1.2 耐磨堆焊材料的研究进展
• 1.3 装载机工作装置（主刀板）耐磨件的研究现状
• 1.4 钢铁冶金行业耐磨备件应用状况
• 1.5 课题提出
• 1.6 本文研究内容
• 第二章 新型耐磨堆焊材料的制备
• 2.1 夹芯合金粉块的制备
• 2.1.1 夹芯合金粉块设计
• 2.1.2 夹芯合金粉块的制备过程
• 2.2 堆焊用合金颗粒的制备
• 2.2.1 合金颗粒的制备原理
• 2.2.2 堆焊用合金颗粒的制备过程
• 2.2.3 堆焊用合金颗粒的使用方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 Cr-Mo-V合金粉块堆焊金属的性能及应用
• 3.1 Cr-Mo-V合金粉块的成分设计
• 3.2 合金粉块堆焊的实验材料及方法
• 3.2.1 堆焊合金粉块的焊接及工艺性能
• 3.2.2 磨料磨损试验
• 3.2.3 硬度测定
• 3.2.4 显微组织分析
• 3.2.5 X射线衍射实验
• 3.2.6 扫描电镜实验
• 3.2.7 电子探针实验
• 3.3 Cr-Mo-V系合金粉块堆焊金属的组织分析
• 3.3.1 Cr/C比变化对堆焊金属的组织影响
• 3.3.2 Mo含量变化对堆焊金属组织的影响
• 3.4 合金元素变化对堆焊层金属硬度的影响
• 3.5 堆焊金属磨损实验结果及分析
• 3.5.1 Cr/C比变化时堆焊金属的磨损实验结果分析
• 3.5.2 Mo变化时的磨损实验结果分析
• 3.6 Cr-Mo-V合金粉块的应用
• 3.7 本章小结
• 第四章 Fe-Cr-C系合金颗粒堆焊金属的性能及应用
• 4.1 Fe-Cr-C系合金颗粒的成分设计
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 耐磨堆焊层的制备及焊接工艺性能
• 4.2.2 金相试样的制备
• 4.2.3 洛氏硬度试验
• 4.2.4 显微硬度试验
• 4.2.5 堆焊金属的化学成分
• 4.2.6 X射线衍射对堆焊金属的物相组成测定
• 4.2.7 堆焊金属的扫描电镜实验
• 4.2.8 磨料磨损实验
• 4.2.9 磨料磨损试验后磨损形貌观察
• 4.3 亚共晶Fe-Cr-C系堆焊金属实验结果及分析
• 4.3.1 亚共晶Fe-Cr-C系堆焊金属组织分析
• 4.3.2 合金元素在堆焊金属中的分布
• 4.3.3 合金元素对堆焊金属硬度的影响
• 4.3.4 磨损实验结果及分析
• 4.4 过共晶Fe-Cr-C系堆焊金属实验结果及分析
• 4.4.1 过共晶Fe-Cr-C系堆焊金属组织分析
• 4.4.2 合金元素在堆焊金属中的分布
• 4.4.3 合金元素对堆焊金属硬度的影响
• 4.4.4 堆焊金属的磨损实验结果及分析
• 4.5 Fe-Cr-C系堆焊合金颗粒的应用
• 4.5.1 Fe-Cr-C系堆焊合金颗粒在冶金行业的应用
• 4.5.2 Fe-Cr-C系堆焊合金颗粒在装载机耐磨备件上的应用
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 学位论文评阅及答辩情况表