熱作模具再制造用堆焊焊條的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著工業(yè)自動化程度的提高,熱作模具在汽車、機械等產(chǎn)業(yè)中的地位越來越重要,性能要求也不斷向大型、精密、高效率、高壽命等方向發(fā)展。在服役過程中,熱作模具不僅要承受巨大載荷,還要與高達1200℃的工件金屬接觸,使得模具型腔的表面溫度長期保持在450~600℃,另外還要承受周期性的交變應力和摩擦作用,工作條件差,經(jīng)常因磨損、變形或疲勞而失效。目前,使用堆焊技術(shù)制造模具或修復報廢的模具是一種質(zhì)量可靠、成本低、應用靈活的方法。
  本文以Cr

2、13馬氏體不銹鋼型堆焊焊條為基礎,通過向焊條藥皮中添加Ti、V、Mo、W、Cr、Ni等元素進行合金化,采用向焊條藥皮中添加CrN的方式實現(xiàn)堆焊金屬的氮合金化,設計制備了新型熱作模具堆焊焊條。通過熱力學計算,分析了堆焊金屬中碳氮化物的析出行為和強化作用,研究了堆焊金屬在高溫氧化環(huán)境下的摩擦磨損特性,并對其磨損機制進行了分析。結(jié)果表明,新型熱作模具堆焊焊條的堆焊金屬組織為馬氏體、少量殘余奧氏體、以及細小而彌散分布的碳化物,而且碳化物是Ti、

3、V、Mo、Cr等合金元素聚集生長的復合碳化物。這類復合碳化物與強韌性的馬氏體基體相結(jié)合,表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨性。堆焊金屬氮合金化的研究發(fā)現(xiàn),Ti、V、Mo、Cr、Mn等元素能夠增大氮在液態(tài)熔池中的溶解度,提高堆焊金屬中氮的固溶度,而且這些合金元素還可以與碳、氮結(jié)合,形成復雜的碳氮化物,進一步提高了堆焊金屬中的氮含量,使得氮合金化成為可能。氮合金化堆焊金屬組織為馬氏體、少量殘余奧氏體,在晶界和馬氏體基體上還彌散分布著很多細小的碳氮化物粒子。隨

4、著氮含量的增多,堆焊金屬中的碳氮化物數(shù)量增多,且尺寸逐漸增大、分布亦更加均勻。馬氏體不銹鋼型堆焊金屬的焊接性較差,為了避免產(chǎn)生裂紋,需要進行焊前預熱。結(jié)合經(jīng)驗公式,氮合金化可把堆焊金屬的Ms點溫度降低到191℃左右,堆焊時可以選擇更低的預熱溫度和層間溫度,可有效節(jié)約資源。另外,N、Ni等奧氏體化元素使得堆焊金屬中存在少量殘余奧氏體,對韌性有益。
  經(jīng)熱力學計算可知,TiN在液相中析出,TiC在固液共存相中析出,其余碳、氮化物在固

5、相線溫度以下析出,且析出順序為:TiN>T1(1740.6K)>TiC>Ts(1627.4K)>VN>Cr7C3>VC0.875>Mo2N>Cr23C6> VC>Mo2C>W(wǎng)C>V2C>MoC>W(wǎng)2C。氮合金化的強化機制包括間隙固溶強化、細晶強化和析出強化。間隙固溶強化為堆焊金屬冷卻速度快,氮、碳原子大量固溶于基體晶格間隙,提高了基體強度。細晶強化是在液相中和凝固前沿分別可以生成TiN和TiC,它們可作為非自發(fā)形核核心,細化晶粒。析出強

6、化是經(jīng)回火處理后,大量碳氮化物沿晶界、位錯、或者馬氏體邊界析出,產(chǎn)生二次硬化。根據(jù)高溫摩擦磨損試驗可知,300℃溫度下,未氮合金化試樣的磨損失效機制主要為磨粒磨損以及少量的氧化磨損;氮合金化試樣的磨損機制主要為氧化磨損及塑性變形引起的層狀剝落。而600℃溫度下,未氮合金化和氮合金化的試樣的主要磨損機制均為氧化磨損、塑性變形引起的層狀剝落、以及伴隨著氧化膜脫落導致的磨粒磨損。但是氮合金化堆焊金屬具有更高的強度和熱穩(wěn)定性,耐磨性優(yōu)于未氮合金

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