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Nb、V、Ti在马氏体不锈钢堆焊层中的作用

作　者: 陶潘峰
导　师: 余圣甫
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 硬面药芯焊丝堆焊修复微合金化高温磨损
分类号: TG455
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

轧辊修复常采用在轧辊表面堆焊硬面合金以提高轧辊的使用寿命,硬面药芯焊丝的应用越来越广泛,亟待开发出具有良好焊接性能和耐高温磨损性能的硬面药芯焊丝。本文针对轧辊堆焊修复的实际需求,开发出了Fe-Cr-C系马氏体不锈钢埋弧硬面药芯焊丝,全面研究微合金元素Nb、V、Ti对马氏体不锈钢堆焊层的硬度及高温耐磨性能的影响。在焊接电流370~420A,焊接电压31.5V,焊接速度20.3m/h的焊接条件下,焊接工艺性能良好,焊接接头的力学性能达到使用标准,高温耐磨性能满足轧辊堆焊修复的使用要求。添加微合金元素Nb、V、Ti的药芯焊丝堆焊层在420℃中温回火和600℃高温磨损后,硬度下降幅度均低于不添加Nb、V、Ti的药芯焊丝堆焊层,研究表明在马氏体不锈钢硬面堆焊药芯焊丝中加入微合金元素Nb、V、Ti,能有效地提高埋弧堆焊层的抗高温回火软化的能力,使回火后能保持较高的表面硬度。600℃高温磨损过程中,添加Nb、V、Ti的药芯焊丝堆焊层均比不含Nb、V、Ti堆焊层相对耐磨性好,结果表明在马氏体不锈钢堆焊层和42CrMo中碳低合金钢的高温磨损中,42CrMo钢表面高温下形成的氧化皮,粘着于马氏体不锈钢硬面堆焊层表面,导致其表面产生粘着磨损和磨粒磨损。研究表明合金元素Nb、V、Ti形成的弥散分布的碳氮化物硬质相颗粒在高温磨损过程中起耐磨骨架作用,提高堆焊层金属的高温磨损性能。磨损过程中高温硬度值高,有利于减少磨粒的压入深度,同时能使磨损表面粘着概率降低,有利于提高高温磨损过程中抗磨粒磨损和粘着磨损性能。药芯焊丝堆焊层的高温磨损性能不仅与高温硬度有重要关系,也与基体材料和碳氮化物硬质相颗粒之间的强韧匹配有关。研究表明,有良好断裂韧性的马氏体不锈钢基体才能有效地支撑和镶嵌Nb、V、Ti的碳氮化物,碳氮化物在高温磨损中的耐磨骨架作用才能更好体现;在外力作用下,碳氮化物周围产生位错增殖,阻碍其滑移,延阻了其剥离,从而能更好提高高温耐磨性能。若基体组织断裂韧性较差,在高温磨损过程中,易在碳氮化物硬质相颗粒周围先发生断裂机制的块状剥落而造成较大体积的失重量,反而造成高温磨损性能的下降。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 轧辊修复的国内外研究现状  10-12
    1.2.1 轧辊修复的发展历程及应用现状  10-11
    1.2.2 硬面堆焊的发展历程及研究现状  11-12
  1.3 硬面堆焊药芯焊丝的发展历程及研究现状  12-16
  1.4 堆焊层耐磨性的影响因素  16-18
    1.4.1 碳化物对堆焊层耐磨性的影响  17
    1.4.2 基体对堆焊层耐磨性的影响  17-18
  1.5 本课题的研究目的、内容  18-21
    1.5.1 研究目的及意义  18-19
    1.5.2 研究内容  19-21
2 实验材料、设备及方法  21-31
  2.1 马氏体不锈钢硬面堆焊药芯焊丝的选择  21-24
    2.1.1 药芯焊丝焊丝的选择  22
    2.1.2 药芯焊丝合金粉的选择  22-24
    2.1.3 药芯焊丝配方的分析  24
  2.2 试验材料与方法  24-28
    2.2.1 马氏体不锈钢硬面堆焊药芯焊丝成分  24-25
    2.2.2 焊前准备工作  25
    2.2.3 焊接工艺参数  25-28
    2.2.4 试样制备  28
  2.3 试样分析方法  28-31
    2.3.1 硬度测量  28
    2.3.2 金相观测  28
    2.3.3 高温磨损实验  28-31
3 实验结果及分析  31-54
  3.1 硬度测量及Nb、V、Ti 对硬度影响分析  31-37
    3.1.1 硬度测量  31
    3.1.2 硬度数据分析  31-32
    3.1.3 焊态硬度数据分析  32-35
    3.1.4 回火态硬度数据分析  35-37
    3.1.5 本节小结  37
  3.2 堆焊层焊态及回火态金相组织与分析  37-42
    3.2.1 堆焊层焊态及回火态金相组织  37-42
    3.2.2 本节小结  42
  3.3 高温磨损实验数据及分析  42-54
    3.3.1 试样销高温磨损后硬度及其分析  43-44
    3.3.2 试样销高温磨损后的金相组织及分析  44-47
    3.3.3 试样销高温磨损失重数据及分析  47-49
    3.3.4 试样销高温磨损磨损形貌及分析  49-53
    3.3.5 本节小结  53-54
4 马氏体不锈钢堆焊层耐高温磨损行为研究  54-64
  4.1 磨粒形成过程及机理  54-56
  4.2 粘着磨损行为及机理  56-58
    4.2.1 粘着磨损的简单模型  56-57
    4.2.2 粘着磨损的影响因素  57-58
  4.3 磨粒磨损行为及机理  58-62
    4.3.1 磨粒磨损的简单模型  60-61
    4.3.2 磨粒磨损的影响因素  61-62
  4.4 本章小结  62-64
5 结论与展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70

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