高硼鐵基堆焊合金組織結(jié)構(gòu)形成機(jī)理及耐磨性研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TG422學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.7密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)博士學(xué)位論文高硼鐵基堆焊合金組織結(jié)構(gòu)形成機(jī)理及耐磨性研究博士研究生：莊明輝導(dǎo)師：李慕勤教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：材料加工工程所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2017年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要摘要堆焊是減緩工程部件磨料磨損的一種有效手段，高性能的堆焊材料是實(shí)現(xiàn)這一手段的必要保證。高硼鐵基合金成本相對(duì)較低、耐磨性能優(yōu)異，已

2、在磨料磨損領(lǐng)域顯示出明顯的優(yōu)越性。然而，高硼鐵基合金用于堆焊的研究報(bào)道較少，因此，開(kāi)發(fā)一種包含少量合金元素、價(jià)位低廉、具有良好堆焊工藝性能、耐磨性和抗裂性的高硼鐵基耐磨堆焊合金材料就顯得尤為重要。研究中發(fā)現(xiàn)高硼鐵基合金堆焊存在的問(wèn)題一是硼量過(guò)高易引發(fā)裂紋，減少裂紋往往要犧牲耐磨性；二是高硼鐵基堆焊合金組織如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)勝劣汰；三是耐磨相Fe2B生長(zhǎng)取向不同耐磨性存在差異。針對(duì)上述問(wèn)題本文采用粉絲復(fù)合堆焊技術(shù)，探討少量合金元素對(duì)FeBC系堆焊

3、合金組織結(jié)構(gòu)、初生Fe2B相生長(zhǎng)取向、裂紋產(chǎn)生及耐磨性的影響與相互關(guān)系，期望獲得一種具有良好抗裂性能、耐磨性能的高硼鐵基堆焊合金材料。本文從不含貴重合金元素的FeBC系堆焊合金出發(fā)，系統(tǒng)研究了粉絲復(fù)合堆焊工藝條件下，硼化物硬質(zhì)相的類(lèi)型、形態(tài)、體積分?jǐn)?shù)與不同基體的配合對(duì)堆焊合金磨料耐磨性能的影響。結(jié)果顯示，F(xiàn)eBC系堆焊合金典型的顯微組織有樹(shù)枝晶狀Fe、棒狀Fe2B、魚(yú)骨狀Fe2B以及菊花狀Fe3(CB)，調(diào)整硼、碳的含量與配比可控制堆焊

4、合金中各顯微組織的體積分?jǐn)?shù)。不同組織結(jié)構(gòu)堆焊合金的磨料耐磨性不同，過(guò)共晶成分合金以粗大的棒狀Fe2B為硬質(zhì)相，以共晶組織為基體，棒狀Fe2B硬質(zhì)相可有效保護(hù)共晶基體免受磨粒的損傷，阻斷磨粒的切削路徑，高顯微硬度的共晶組織基體可避免因其過(guò)度磨損而引起硬質(zhì)相脫落，兩者良好的配合可表現(xiàn)出優(yōu)異的磨料耐磨性。硬質(zhì)相的類(lèi)型與體積分?jǐn)?shù)是影響堆焊合金磨料耐磨性的主要因素之一，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，論證了合金元素Ti控制FeBC系堆焊合金各硬質(zhì)相體積分?jǐn)?shù)的

5、可能性，驗(yàn)證了Ti對(duì)FeBC系堆焊合金組織結(jié)構(gòu)及耐磨性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，與Fe3(CB)相比，Ti與C形成的TiC相具有更低的反應(yīng)吉布斯自由能，Ti可控制堆焊合金中Fe3(CB)相的體積分?jǐn)?shù)。Ti與B形成的TiB2相比Fe2B具有更低的反應(yīng)吉布斯自由能，并能控制堆焊合金中Fe2B相的體積分?jǐn)?shù)。通過(guò)調(diào)整Ti、B、C的含量與配比，可控制堆焊合金層中各硬質(zhì)相的類(lèi)型、體積分?jǐn)?shù)，最終達(dá)到控制堆焊合金耐磨性的目的。磨損試驗(yàn)顯示，含Ti0.71w