稀土对熔覆耐磨复合层组织性能的影响

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随着工业现代化和武器装备的发展,对各种机械设备零件的表面性能的要求越来越高。每年国内外因摩擦磨损所导致的经济损失十分惊人,故改变材料表面性能,提高其耐磨性是至关重要的。耐磨复合板是在基材表面熔覆一层合金材料,使其具有优越基材的性能,在工况中使用寿命更长,应用前景更广,省时省料,减少经济损失。稀土元素与其他元素相比具有其独特的性能,如净化作用、变质作用、微合金化作用等,使其在金属表面改性工程中显示出特有的改性作用。  本文采用等离子表面熔覆多道搭接技术,在Q235基体钢板上熔覆无稀土以及不同稀土含量(其它粉末成分不变)的铁基合金耐磨涂层。利用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EMPA)等分析测试手段对涂层的显微组织、物相和成分进行了分析,利用FM-700型全自动显微硬度计对等离子熔覆层的硬度进行了测量,运用环块式磨损试验机测试所得涂层的耐磨性能。  实验结果表明,等离子熔覆复合板具有很好的成型性与致密性,没有发现宏观气孔,复合层表面有少许裂纹。稀土含量的增加,基体的稀释率稍微有所下降。  用Fe-Cr-C基础粉末熔覆得到的涂层靠近熔合线区域为亚共晶,然后过渡为共晶,涂层顶部区域为过共晶组织,细化的先析α-Fe均匀的分布在整个涂层当中,涂层中的共晶组织相互连接形成网状,主要呈蜂窝状和枝晶状。随着稀土元素从0.24wt.%增加到1.2wt.%,复合层中柱状晶、树枝晶数量减少,等轴晶数量增多,组织变得均匀致密,而且复合层中先析碳化物数量增加,颗粒大小趋于一致,在涂层中分布均匀,然而当稀土含量为1.2wt.%-1.68wt.%时,复合层先析碳化物变得粗大,生长无方向性,且颗粒分布不均匀,可见,稀土元素的加入存在一个最佳值。结合XRD、EDS和EMPA分析结果可知,复合层中的主要物相为(Cr、Fe)7C3、(Cr、Fe)23C6和α-Fe,当稀土元素含量为1.68wt.%时,复合层中出现CeFe5相,可见稀土元素以金属间化合物的形式存在,固溶在铁基相中,稀土元素La和Ce均匀分布在整个复合层中,相对于La元素,Ce元素有少部分的集聚。  等离子熔覆复合层各个试样的宏观洛氏硬度的平均值都在60HRC以上。未加稀土时,复合层内部共晶组织的平均显微硬度为1030.45HV0.1,碳化物(Cr,Fe)7C3平均显微硬度为1380.62HV0.1,随着稀土元素的加入,共晶组织的平均显微硬度先增加后下降,当稀土的含量约为0.72wt.%时,平均显微硬度值达到最高。  复合层的主要磨损机制为犁削和粘着。稀土元素的增加会影响复合层的显微组织,进而影响其耐磨损性能,随着稀土含量的增加,复合层的耐磨性能也出现了先增加后降低的趋势,稀土元素含量为0.72wt.%时,其耐磨性最好。  论文在Fe-Cr-C合金粉末的基础上确定了含稀土量约为0.72wt.%的复合层具有最佳的综合性能,为今后的粉末设计提供了理论依据。
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