灰口铸铁表面等离子喷焊铁基合金层组织与性能研究

论文摘要

随着现代工业的发展，对材料性能的要求也越来越高。灰口铸铁由于生产工艺简单，成本低廉，被广泛的应用于机械制造、冶金、矿山、石油化工等工业部门。为了提高灰口铸铁的性能质量和使用寿命，本试验采用粉末等离子弧喷焊的方法，在灰口铸铁基体上喷焊多层铁基合金粉末，为机械设备如锤式破碎机锤头的表面强化及修复提供实验依据。本实验研究多层粉末等离子弧喷焊的成形工艺及机理，分析喷焊工艺参数对喷焊层组织与性能的影响。进行多层喷焊时，结合金相显微镜、SEM、XRD等检测手段，研究喷焊层层与层之间的显微组织和物相变化，采用维氏硬度计和洛氏硬度计测量喷焊层的显微硬度及宏观硬度，分析喷焊层层与层之间的硬度变化。通过金相显微镜、SEM、XRD、硬度检测等方法研究转移弧电流对多层粉末等离子弧喷焊层组织与性能的影响。采用X射线探伤的方法检测喷焊层内部是否存在缺陷。多层粉末等离子弧喷焊研究结果表明：喷焊层组织为基体组织上分布着大量的初生碳化物和共晶碳化物，初生碳化物和共晶碳化物都为（Fe，Cr）7C3型碳化物。在喷焊下一层金属时，上一层喷焊金属中的初生碳化物（Fe，Cr）7C3产生分解细化，显微硬度值降低。同时初生碳化物（Fe，Cr）7C3更加趋向垂直于喷焊层表面生长。初生碳化物（Fe，Cr）7C3横截面的显微硬度值明显高于初生碳化物（Fe，Cr）7C3纵截面的显微硬度值。随着喷焊层数的增加，喷焊层顶部组织中初生碳化物及共晶碳化物增多，喷焊层表面的宏观硬度升高。喷焊层熔敷金属中的（Fe，Cr）7C3型碳化物主要沿着晶面（421）及晶面（750）方向生长，随着喷焊层数的增加，（Fe，Cr）7C3型碳化物沿晶面（750）方向的生长取向减小，沿晶面（421）方向的生长趋势增大。转移弧电流对喷焊层影响的研究结果表明：转移弧电流在100A-140A范围内增大时，初生碳化物的晶粒尺寸变大，其横截面及纵截面的硬度值均有所升高，初生碳化物横截面显微硬度可达1600HV，初生碳化物纵截面显微硬度达1300HV。其喷焊层的表面宏观硬度变化不大。随着转移弧电流从100A增大到140A，粉末等离子弧喷焊层熔敷金属的X射线衍射峰向左偏移。喷焊层内部无裂纹、气孔、夹渣等缺陷出现，内部质量优良。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 表面工程技术概况
• 1.2 表面强化技术
• 1.2.1 表面堆焊技术
• 1.2.2 表面堆焊的方法
• 1.3 等离子弧堆焊技术
• 1.3.1 等离子弧的形成及特性
• 1.3.2 等离子弧的分类
• 1.3.3 等离子弧在焊接领域的应用
• 1.3.4 等离子弧堆焊方法的分类
• 1.4 粉末等离子弧喷焊技术
• 1.4.1 粉末等离子弧喷焊的原理
• 1.4.2 粉末等离子弧喷焊的特点
• 1.4.3 粉末等离子弧喷焊研究现状
• 1.4.4 粉末等离子弧堆焊存在的主要问题
• 1.4.5 粉末等离子弧喷焊的发展趋势
• 1.5 粉末等离子弧喷焊合金
• 1.5.1 粉末等离子弧喷焊合金的分类
• 1.5.2 高铬铸铁型喷焊合金的研究
• 1.6 研究内容、技术路线及意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 技术路线
• 1.6.3 研究意义
• 2 试验材料、设备及方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 粉末等离子弧喷焊基体材料
• 2.1.2 粉末等离子弧喷焊粉末
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 粉末等离子弧喷焊设备的组成
• 2.2.2 粉末等离子弧喷焊设备的主要技术参数
• 2.3 粉末等离子弧喷焊层的制备方法
• 2.3.1 试验材料预处理
• 2.3.2 粉末等离子弧喷焊层的制备
• 2.4 检测设备及方法
• 2.4.1 金相显微组织检测
• 2.4.2 维氏硬度检测
• 2.4.3 洛氏硬度检测
• 2.4.4 扫描电镜能谱检测
• 2.4.5 X 射线衍射检测
• 2.4.6 X 射线探伤检测
• 3 粉末等离子弧喷焊层组织与性能分析
• 3.1 喷焊层金相组织分析
• 3.2 喷焊层硬度分析
• 3.2.1 喷焊层洛氏硬度分析
• 3.2.2 喷焊层维氏硬度分析
• 3.3 喷焊层 EDS 分析
• 3.4 喷焊层 X 射线衍射分析
• 3.5 本章小结
• 4 转移弧电流对喷焊层组织与性能的影响
• 4.1 喷焊层金相组织分析
• 4.2 喷焊层硬度分析
• 4.3 喷焊层 X 射线衍射分析
• 4.4 X 射线探伤分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果
• 致谢