堆焊速度对高铬合金M7C3相及耐磨性的影响

时间:2025/09/25 浏览次数:16

  高铬合金因其含较多数量的M7C3相(1300~1800HV)而具有优异的耐磨粒磨损性能,被广泛用作机械零件材料,如破碎机锤头、高炉料钟、磨煤磨环、衬板以及锤头等。上述零件服役环境恶劣,易磨损失效,生产实践中常采用药皮焊条、实芯焊丝和药芯焊丝对其进行堆焊修复。其中药芯焊丝具有成分调节方便的优点,可根据不同类型的零件进行成分优化设计,以获得最佳耐磨效果。M7C3型碳化物形态显著影响高铬合金的耐磨性,而化学成分、变质处理等工艺措施可改变高铬合金中的M7C3形态。此外,堆焊不同于砂型铸造等高铬合金制备方式,具有冷却速度快、高温停留时间短的特点,这使其中一部分Cr、Mo等合金元素来不及以碳化物形式析出,而固溶于基体组织,导致M7C3颗粒形成量少而降低耐磨性,实质上这一部分Cr、Mo组份被白白浪费。基于上述情况,采用同一种药芯焊丝埋弧堆焊,考察了堆焊速度对高铬合金M7C3型碳化物形态、数量及其耐磨性的影响。

  高铬合金药芯焊丝外皮选用H08A钢,药芯由高碳铬铁(含69%Cr、4%C)(质量分数,下同)、钒铁(含50%V),钛铁(含30%Ti)、石墨、还原铁粉等粉末组份构成。所有药粉过60目筛,搅拌均匀,由药芯焊丝成型机YHZ-1轧制为准4.6mm粗丝,再经拉丝模拉拔减径为Φ3.2mm焊丝。

  用交流埋弧焊机MZ-1000将制备好的药芯焊丝,焊剂HJ260,在Q235试板(规格:200mm×100mm×20mm)上堆焊三层,堆焊工艺参数为:焊接电流450A,电弧电压30V,焊丝干伸长30mm,层温150~200℃。焊后空冷,焊渣自动脱落,焊缝表面光洁,无裂纹和气孔等缺陷。将小车速度v分别设置为30、28.3、26.7、25和23.3cm/min,以改变熔敷金属的高温停留时间和冷却速度。上述试样均采用同一种高铬药芯焊丝,其化学成分(质量分数,%)为:2.4~2.6C,21~22Cr,2.7~2.9V,0.3~0.5Ti。

  高铬堆焊合金(含有2.4%~2.6%C,21%~22%Cr,2.7%~2.9%V,0.3%~0.5%Ti)的基体组织由铁素体+马氏体+奥氏体组成,而硬质相则主要是M7C3颗粒,还含有少量的M3C、VC和TiC碳化物,M代表Fe、Cr和V三种合金元素。堆焊速度对高铬堆焊合金的硬度和耐磨性影响显著,硬度随堆焊速度提高而增加。当速度为28.3cm/min时,其耐磨性最好,是焊速为30cm/min试样的9.5倍。高铬堆焊合金以磨粒的显微切削机制为主,其中初生M7C3相可有效阻碍磨粒的显微切削。由于合金成分或者显微组织不均匀性过大,试验载荷增加,磨损量与之并不满足传统的正比关系。(榕霖)

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