稀土對(duì)高鉻高碳堆焊層耐磨性能影響
堆焊是一種用于金屬的熔焊方法,通常熔覆在材料表面一層或者多層起到一定的作用,從而提高工件的性能。碳弧堆焊電極堆焊方法一般采用石墨或碳棒作為電極,由于電極材料熱輸入量很大,表面合金粉末可以熔化,并且電極在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的CO2,隔絕空氣,起到保護(hù)熔池的作用。具有使用方便靈活等特點(diǎn)。該工藝與手工電弧焊相比,能獲得更大的合金含量,得到的堆焊層硬度耐磨性更高,在工礦業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。
稀土元素能起到細(xì)化組織、減少夾雜 ,合理的利用稀土的作用性能,來(lái)提高鋼的硬度和耐磨性等,同時(shí)能改善焊接性能及組織結(jié)構(gòu)以獲得優(yōu)良的綜合性能。而在耐磨堆焊材料中稀土元素的作用以及作用規(guī)律卻研究較少。本文以高鉻鐵基耐磨合金為基礎(chǔ),研究了稀土元素(Ce)對(duì)堆焊組織及性能的影響規(guī)律,從而獲得一定參考數(shù)據(jù)。
1 試樣制備與實(shí)驗(yàn)方法
1.1 堆焊粉塊制備及堆焊方法
合金原料組成成分如表1所示。
表1 原料組成成分表(wt.%)
名稱(chēng) | Fe(%) | Ce(%) | C(%) | Si(%) | Cr(%) | B(%) | S(%) |
鐵粉 | >98 | ≤0.15 | |||||
石墨 | 99.9 | ||||||
鉻鐵 | 余量 | 0.20 | ≤1.0 | ≥55 | 0.04 | 0.10 | |
稀土鈰(Ce) | 99 |
實(shí)驗(yàn)合金粉末Cr和C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為18%和3%,以稀土(Ce)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、1%、2%和4%的條件下制備堆焊樣品。按照表中數(shù)據(jù)稱(chēng)量粉末,添加適量水玻璃混合均勻。將混合均勻的合金粉末用壓樣機(jī)壓制成型,陰干后,放入鼓風(fēng)干燥箱中,該合金粉塊是在120℃下干燥得到的。焊機(jī)采用交BX3-300,連接方式直流,堆焊基板為Q235鋼板。具體工藝參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 堆焊參數(shù)
焊接參數(shù) | 電流/A | 電壓/V |
大小 | 240-260 | 24-28 |
1.2 性能測(cè)試
硬度測(cè)試:硬度采用HR-150A硬度計(jì)。
耐磨性測(cè)試:磨料磨損采用銷(xiāo)盤(pán)型回轉(zhuǎn)式實(shí)驗(yàn)機(jī)ML-10,砂紙為180目水磨砂紙,轉(zhuǎn)速度為60r/min,旋轉(zhuǎn)直徑為70-220mm,徑向進(jìn)給量為1mm/r,載荷為10N,磨損時(shí)間為15min,磨損失重采用外分之一電子天平稱(chēng)量。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
不同分布的堆焊層的顯微組織會(huì)引起硬度的變化,堆焊層的硬度隨稀土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線如圖1所示。如圖1(a)和圖1(b)所示,隨著稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,堆焊層的平均硬度增加,磨損減小。當(dāng)稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%調(diào)整到2%時(shí),堆焊層的硬度從HRC55顯著提高到HRC 3。當(dāng)稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2%增加到4%時(shí),堆焊層硬度沒(méi)有繼續(xù)增加,反而略有下降。隨著稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,失重先下降,然后變化不大。從上面可以看出,稀土元素可以增加堆焊層結(jié)構(gòu)的硬度和耐磨性,但是稀土元素的量與硬度和耐磨性并不成正比,并且還涉及到性?xún)r(jià)比問(wèn)題,稀土的加入量不宜過(guò)多,應(yīng)加入合適的量,發(fā)揮最大的作用,使得堆焊層有很好的耐磨性。
稀土加入量不同條件下的磨損形貌隨如圖2所示。不加稀土磨損后表面形貌如圖2(a)所示,可以看出有大量的深度犁溝磨損。當(dāng)含量為1%時(shí)如圖2(b),面磨損與不加稀土樣品的大大減少,但仍有很多淺溝。當(dāng)稀土含量為2%時(shí)如圖2(c),堆焊層磨損表面凹槽最淺,但當(dāng)稀土加入量增加至為4%時(shí),圖2(d)劃痕有再次增加,這與磨損失重測(cè)試結(jié)果一致,這說(shuō)明堆焊合金中稀土含量不宜過(guò)多。
3 結(jié)語(yǔ)
隨著稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,堆焊層的平均硬度增加,磨損量呈下降趨勢(shì)。當(dāng)稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%調(diào)整到2%時(shí),堆焊層的硬度從HRC55顯著提高到HRC63。當(dāng)稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2%增加到4%時(shí),堆焊層硬度不繼續(xù)增加,但略有下降。隨著稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,失重先下降,然后變化不大。
本文來(lái)源:《企業(yè)科技與發(fā)展》:http://m.xwlcp.cn/w/qk/21223.html
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