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《鎢極氬弧原位合成tic增強鐵基熔敷層的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、山東大學博士學位論文鎢極氬弧原位合成TiC增強鐵基熔敷層的研究摘要在礦山開采、重型冶金、油氣鉆探等重工業(yè)領域，能夠承受劇烈沖擊及抗腐蝕、抗磨損成為機械零部件的基本要求，在耐磨部件表面熔敷具有高硬度、高耐磨損性能的涂層成為這些領域修復部件、強化零件使用壽命的重要途徑。本文利用鎢極氬弧熱源，熔敷預涂在普通碳鋼表面上的合金粉末，制備出原位合成TiC增強的鐵基熔敷層，并對熔敷層的微觀組織、TiC增強相的生長機制、熔敷層磨損性能等進行了系統(tǒng)分析，研究了影響熔敷層組織及性能的因素及規(guī)律。預涂合金粉末組分是鎢極氬弧原位合
2、成TiC鐵基熔敷層的關鍵。試驗表明，純鈦粉+石墨組分在熔敷過程中容易氧化生成TiCh，致使熔渣的熔點升高，鎢極氬弧熔敷時工藝性較差；加入鐵基自熔性合金粉末的組分(G314+Ti+C)能夠獲得較多的原位合成TiC增強相，熔敷工藝性能優(yōu)良，具有TiC+M23c6碳化物復合增強的熔敷層，但其抗裂性能下降；鈦鐵+石墨組分由于鐵-鈦低熔點共晶的存在，有利于TiC增強相的原位合成，提高了熔敷層中TiC的合成數(shù)量，獲得了以聚集樹枝狀分布伴以較少數(shù)量彌散分布的TiC分布特征，增強效果明顯。且該粉末組分工藝性好，價格低廉，能
3、夠獲得與母材結合良好、抗磨損性能和抗裂性能俱佳的鐵基熔敷層，是鎢極氬弧原位合成TiC增強鐵基熔敷層的理想組分。鎢極氬弧熔敷是在非平衡熱力學條件下進行的，由于熔池中熱傳導及結晶潛熱的綜合作用，使熔池中不同區(qū)域形成溫度梯度和成分過冷，初生TiC沿樹枝狀方向斷續(xù)形核，熔池中瓢、C原子因濃度梯度而擴散至最近的TiC晶核，使得初生TiC以側面生長方式長大，形成了里樹枝狀排列的“長磚塊”狀TiC顆粒微觀形貌。距離較近的TiC晶核在長大過程中粘連生長，形成了尺寸較大TiC顆粒。而在熔池凝固過程的共晶轉(zhuǎn)交中，TiC的形核生
4、長是擴散機制，先凝固Fe基體的包覆使TiC生長的各向異性被抑制，形成了不同形狀的共晶TiC顆粒。原位合成的TiC顆粒里典型的小面生長形態(tài)，其顯露面為生長速度較慢的密排【111】晶面。TiC顆粒與基體金屬的結合界面潔凈，無反應物、附著物生成，V【I摘要與基體金屬的結合強度高。預涂層厚度、焊接電流、熔敷速度、熔敷層數(shù)等不同的熔敷參數(shù)影響著熔敷層的成形和耐磨性能。研究表明，當預涂層厚度為1．2ram，焊接電流150A，熔敷速度為55．60ram／rain，熔敷層數(shù)為三層時，能夠獲得成形好、與基體結合強度高組織與性
5、能優(yōu)異的TiC增強鐵基熔敷層。不同熔敷層數(shù)的對比試驗表明，三層熔敷能有效降低組分中Ti、C元索的稀釋率，提高了熔敷層中增強顆粒的數(shù)量及尺寸，初生TiC顆粒樹枝狀分布和共晶TiC顆粒彌散分布相結合，基體為低碳馬氏體組織，有利于熔敷層硬度及抗磨損性能的提高，又能有效避免裂紋形成。預涂粉末的組分及含量影響著熔敷層中原位合成Tic的數(shù)量、尺寸、分布特征和基體組織構成。當組分中Ti：C摩爾數(shù)比為1：1．2時，熔敷層中Fe2Ti有害相消失，原位合成TiC顆粒的數(shù)量增多，尺寸增大，基體為低碳馬氏體組織，能夠獲得硬度較高，
6、抗磨損性能較好的鐵基熔敷層；粉末組分中加入稀土La20b，增加了原位合成TiC的異質(zhì)形核核心，使得熔敷層中TiC顆粒由發(fā)達的樹枝狀分布變?yōu)榧毿〉臉渲罨蛘哳w粒狀彌散分布。另一方面稀土La203改變了TiC形核與長大方式，降低了TiC中的碳飽和度，對TiC晶體的力學性能帶來不利影響，使TiC的強度和硬度降低，影響了其增強效果，使得熔敷層的硬度降低，也使得加入稀土后熔敷層的抗磨損性能有所下降；粉末組分中加入釩鐵后，熔敷層中TiC-VC增強相數(shù)量增多，呈聚集樹枝狀和彌散顆粒狀分布，形成了nC．vC復合增強效果。T
7、iC-VC晶粒的元素分布特征表明，TiC-VC晶粒中TiC、VC獨立存在并生長，形成了Tic-vC的共生晶粒。另外v元素的加入細化了基體組織晶粒，提高了基體金屬和熔敷層的硬度。通過對母材、熔敷層的對比磨損試驗表明，在相同磨損條件下，鎢極氬弧原位合成TiC增強鐵基熔敷層的磨損體積為母材金屬的1／20．-,1／23，具有優(yōu)異的抗磨損性能．熔敷層磨損過程中，參與摩擦更多的是暴露于摩擦面的TiC顆粒，由于其阻礙和釘扎作用，摩擦過程需要消耗更多的摩擦功，磨損量降低。熔敷層基體金屬的磨損主要是顯微切削與粘著損失，TiC
8、增強相則是經(jīng)摩擦副較長距離、多次重復摩擦后磨損變小，直至最終剝離脫落。磨痕內(nèi)有淺而小的凹坑及短而淺的犁溝，犁溝始于磨損交小的TiC顆粒脫落位置而止于下一個耐磨TiCVlII山東大學博士學位論文前。不同層數(shù)熔敷層對比試驗表明，尺寸較大的呈聚集樹枝狀分布的TiC顆粒與基體金屬相互絞接在一起，結合更緊密，阻磨作用更強，三層熔敷層能夠獲得最優(yōu)的抗磨損性能。關鍵詞：鎢極氬弧熔敷；原位合成TiC；多層熔敷；熔敷層；磨損性能S
