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保护气体对碳化钨药芯焊丝性能的影响

发布者: minble | 发布时间: 2018-9-21 15:10| 查看数: 174| 评论数: 0|帖子模式

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  目前,针对碳化钨颗粒增强铁基堆焊材料的研究多集中在合金成分、WC种类、尺寸和含量等因素对熔敷金属的影响,而关于保护气体成分的讨论却相对缺乏。不同保护气体堆焊过程中,熔池凝固、WC颗粒溶解扩散、熔敷金属显微组织、硬度及耐磨性等均存在差异。因此,有必要对药芯焊丝堆焊WC/铁基焊层时所选用的保护气体种类进行研究。
  本文采用北京固本科技有限公司自制的KB999碳化钨药芯焊丝,利用3种保护气体(纯氢气,80%Ar+20%CO2和纯CO2气体)制备碳化钨/铁基堆焊层,探究了保护气体对焊层组织分布、硬度及耐磨性能的影响,为优化WC颗粒增强铁基堆焊工艺,增强材料表面性能提供理论依据。
  一、纯氢气
  1、当保护气体为纯氩气保护时,WC周围存在不规则集束状细须,晶粒尺寸较大,基体组织与析出碳化物分布不规则。
  2、扩散层厚度约为3μm,分解和扩散烧损较轻。
  3、堆焊层中的柱状基体组织与硬质碳化物分布不均匀,尺寸大小杂乱,堆焊层表面有长条状枝晶存在,对基体韧性有不利影响。
  4、堆焊层硬度值最大,约为790HV±20HV。
  纯氩气保护氛围下,堆焊层表面碳化物的尺寸均匀度低,有长条状树枝晶平行于表面生长,易产生应力集中,对基体的韧性有切割作用,磨损过程中基体易被破坏,硬脆碳化物的基体支撑作用减弱,碳化物易发生溃散、崩裂现象,从焊层表面剥落,样品磨损量相对增大。
  二、80%Ar+20%CO2
  1、80%Ar+20%CO2气体保护时,WC周围有菊花状或鱼骨状等共晶莱氏体生成,晶粒趋于细化。
  2、当保护气体中含CO2气体时,因部分合金元素和碳元素被氧化或烧损,WC颗粒的熔解反应程度增大,扩散层厚度可达5μm。
  3、当随着保护气体中CO2的加入,组织有细化趋势,硬质相分布趋于均匀化。
  4、80%Ar+20%CO2混合气体保护时硬度值居中,接近700HV。
  当保护气体中含CO2时,堆焊层的磨损量和磨损后表面状况明显优于纯氩气保护气氛下的结果,磨损量小,磨痕不明显,且磨损均匀,硬质物剥落现象显著降低。
  三、纯CO2气体
  1、保护气体为纯CO2时,杂乱无序的细须消失,类团絮状组织形成,基体及晶间析出相分布较均匀。
  2、堆焊过程中,熔池温度相对较低,过冷度较大,晶粒长大速度较慢,而形核率较高,对组织有细化作用,利于堆焊层内部和表面等轴晶的形成,枝晶间Cr,Mo,Mn等元素可置换出部分Fe元素,形成较细小的菊花状碳化物,弥散分布在基体中,有助于提高焊层表面韧性。
  3、纯CO2气体保护时硬度值最小,约为590HV±15HV;过渡梯度相对较低,界面结合较好,韧性较强。
  保护气体为纯CO2时,WC/铁基堆焊层的表面晶粒尺寸均匀,硬质相弥散分布,焊层磨损均匀,剥落坑较少,磨损量为4.2mg,较纯氩气保护时降低了63%倍,耐磨性相对较好。
  四、结论
  采用北京固本科技有限公司自制KB999碳化钨药芯焊丝,利用3种保护气体(纯氢气,80%Ar+20%CO2和纯CO2气体)制备碳化钨/铁基堆焊层,对不同保护气体下WC颗粒溶解扩散、堆焊层组织、硬度及耐磨性进行研究表明,采用纯氩气保护堆焊时,WC颗粒的溶解扩散层宽度约为3μm,WC颗粒边缘以须状共晶组织为主,焊层显微硬度为790HV±20HV,磨损量为11.4mg;保护气体为纯CO2时,扩散层宽约为5μm,共晶组织形态为菊花状、鱼骨状或类团絮状,显微硬度为590HV±15HV,堆焊层表面磨损程度小,磨损量为4.2mg,较纯氩气保护降低了63%倍,耐磨性相对较好。

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