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耐磨堆焊层疲劳失效分析的研究

作　者: 谌金辉
导　师: 宣兆志
学　校: 吉林大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 堆焊 微观组织 疲劳试验 剥离裂纹
分类号: TG455
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


辊压机是水泥工业中非常重要的生产设备，主要用于矿石的破碎、生料和熟料的粉磨。为了改善辊压机辊面的耐磨性能，往往在辊面进行耐磨材料堆焊。由于疲劳而引起表面耐磨层的剥离是辊压机失效的重要原因之一，因此对耐磨层与基体间疲劳裂纹的产生与扩展影响因素的研究，进而提高耐磨层与基体的结合力，即提高耐磨层的抗疲疲劳性能是十分有意义的。采用熔化极自保护焊接，使用三种自保护焊丝（KSW-615、KSW-626、KSW-645）进行堆焊并制备出三种不同类型的堆焊层：母材+高铬铸铁耐磨堆焊层、过渡层+高铬铸铁耐磨堆焊层、碳化钛耐磨堆焊层。过渡层的主要组织为奥氏体，过渡层平均洛氏硬度为27，测得显微硬度为343；在母材上直接堆焊的高铬铸铁耐磨堆焊层底部组织主要为亚共晶组织即奥氏体和共晶组织，其上部组织主要为过共晶组织即碳化物（（Fe，Cr）7C3和Cr7C3）)和共晶组织，堆焊层底部和上部平均洛氏硬度分别为61和55.8，测得碳化物的显微硬度为793.5；由于过渡层合金元素含量很高，使得其对堆焊层底部的稀释作用很有限，因此，过渡层+高铬铸铁耐磨堆焊层组织主要为过共晶组织，堆焊层底部和上部平均洛氏硬度分别为61和60，测得碳化物的显微硬度为797；碳化钛耐磨堆焊层主要组织为颗粒状的碳化钛（TiC）和奥氏体，其平均洛氏硬度为56，测得碳化钛的显微硬度为712。碳化钛耐磨堆焊层抗疲劳性良好，在三种类型的堆焊层中它的疲劳强度最高，当加载力设为2700KN，循环次数为8000次时，在碳化钛堆焊层内部才有剥离裂纹的产生。堆焊层的组织为碳化钛和奥氏体，碳化钛呈细小的颗粒状且这些细小碳化钛颗粒以弥散状分布在奥氏体基体上，使得堆焊层具有较好的塑韧性并能够承受高应力载荷。当加载力加为1350KN，循环次数为6000次时，在母材上直接堆焊的高铬铸铁耐磨堆焊层底部熔合线附近有剥离裂纹的产生。当加载力为600KN，循环次数为16000时在熔合线附近并没有剥离裂纹的产生，这也说明了高铬铸铁堆焊层并不适合于大载荷工作。过渡层+高铬铸铁耐磨堆焊层是三种耐磨堆焊层中抗疲劳性最差的堆焊层，当加载力加为1350KN，循环次数为2000次时，在堆焊层熔合线附近就已经产生了剥离裂纹。堆焊层组织为过共晶组织，堆焊层硬度大而塑韧性很差，一旦受到外力的持续作用很容易产生剥离裂纹。因此，当选用高铬铸铁耐磨层时合理选择过渡层是十分重要的，可以提高耐磨堆焊层的抗疲劳性能。只是根据不同的堆焊层来选择不同的过渡层组织以便提高堆焊层的抗疲劳性。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 选题背景  10-15
    1.1.1 堆焊技术的发展现状  10-11
    1.1.2 耐磨堆焊材料的种类  11-15
  1.2 金属材料的主要失效形式  15-18
    1.2.1 金属材料磨损的原理及分类  15-17
    1.2.2 金属材料的疲劳失效  17-18
  1.3 辊压机的应用  18-20
    1.3.1 辊压机的主要组成及工作原理  18-19
    1.3.2 辊压机辊面的失效形式及修复  19-20
  1.4 本文主要研究的内容  20-22
第二章 实验材料、设备及方法  22-28
  2.1 实验材料  22-23
  2.2 试验设备  23-25
    2.2.1 堆焊设备  23
    2.2.2 疲劳试验机  23-25
    2.2.3 试件焊接  25
  2.3 实验方法  25-28
    2.3.1 疲劳试验试件制备及金相组织观察  25-26
    2.3.2 X 射线衍射实验  26
    2.3.3 洛氏硬度实验  26
    2.3.4 显微硬度测试  26-28
第三章 堆焊层的显微组织结构特点  28-40
  3.1 堆焊层组织结构特点  28-34
    3.1.1 过渡层组织结构特点  28-29
    3.1.2 高铬铸铁堆焊层组织结构特点  29-32
    3.1.3 碳化钛耐磨堆焊层显微组织特点  32-34
  3.2 堆焊层与热影响区的硬度  34-38
    3.2.1 堆焊层的宏观硬度  34-35
    3.2.2 堆焊层与热影响区的显微硬度  35-38
  3.3 本章小结  38-40
第四章 耐磨堆焊疲劳性能的分析  40-48
  4.1 高铬铸铁耐磨层疲劳性能分析  40-45
  4.2 碳化钛耐磨堆焊层疲劳性能分析  45-47
  4.3 高铬铸铁耐磨层与碳化钛耐磨层抗疲劳性对比分析  47
  4.4 本章小结  47-48
第五章 结论  48-50
参考文献  50-55
致谢  55

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 堆焊及补焊
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