摘 要

随着现代工业的发展,机械零件通常在复杂的,困难的环境中,而且大量的机械部件因磨损而基本消失。堆焊是一种可以通过焊接热源将合金材料焊接到机械部件的表面,从而可以进行修复和加固的焊接方法。撕解机刀片等大多数机械部件通常是由金属材料制成。在各种工程装备中,由于部件或材料之间的相对运动而产生磨损。堆焊焊接工艺单一,设备投资少,操作方便,使用广泛,可广泛应用于钢表面制备耐磨合金,延长机械部件的使用寿命。

本文采用光学金相显微镜对刀片堆焊材料的显微组织进行观察,采用显微硬度计对堆焊金属的微观硬度进行测定,采用电子探针仪和能谱仪对堆焊金属材料的组织的微观形貌进行观察和成分测定,并结合JMatpro软件对堆焊金属在各温度下的平衡相类型及组成进行了简要的模拟计算与分析。

结果表明,合金主要由共晶碳化物、马氏体和残余奥氏体组成。硬质相的硬度主要是由铁的贡献所致,Cr和C或碳化物或M7C3,M23(C,B)6硼化物呈放射状,树枝状或由Fe-Cr相包裹生成。堆焊合金的磨损机理:具有放射状碳化物的混合组织具有高的硬度(857HV),在硬质磨料的强力挤压和微切割运动的磨损过程中耐磨性良好,可适用于高应力磨粒磨损。JMatPro软件模拟计算表明,高铬铸铁的淬火加热温度不低于880℃,不高于1260℃(实际热处理淬火加热温度为1040℃),淬火后的结构是M7C3型碳化物,加马氏体(残余奥氏体)和少量的特殊碳化物(M6C和M(C),N))。在堆焊层材料,随着冷却速度的降低,将越来越可能得到B型及P型的相结构组织,其临街冷却速度为12.5℃/s。

关键词：堆焊合金；硬度；耐磨性；JMatpro

Abstract

With the development of modern industry, mechanical parts usually work in complex and difficult environments, and a large number of mechanical parts disappeared due to wear and tear. Surfacing is a welding method that can be used to weld the alloy material to the surface of a mechanical component by welding a heat source so that it can be repaired and reinforced. Most mechanical parts, such as torn blades, are usually made of metal. In various engineering equipment, due to the relative movement between parts or materials and wear. Surfacing welding process is single, equipment investment is small, easy to operate, widely used, can be widely used in steel surface wear-resistant alloy, to extend the service life of mechanical parts.

    In this paper, the microstructure of the surfacing material was observed by optical metallographic microscope. The microhardness of the surfacing metal was measured by microhardness tester. The microstructure of the surfacing metal Microstructure and morphology of the surfacing metal were studied by JMatpro software. The model and the composition of the surfacing metal were simulated and analyzed.

    The results show that the alloy structure is mainly eutectic carbide plus martensite, retained austenite and so on. The hardness of the hard phase is mainly caused by the contribution of Fe, Cr and C carbide or M7C3. The M23 (C, B) 6 boride is radially, dendritic or wrapped by Fe-Cr phase. The wear mechanism of the surfacing alloy: The mixed structure with radial carbides has high hardness (857HV), good wear resistance during the abrasion of hard abrasive and micro-cutting movement, and is suitable for high stress abrasive grains Wear. JMatPro software simulation shows that the quenching temperature of high chromium cast iron is not lower than 880 ℃, not higher than 1260 ℃ (actual heat treatment quenching temperature of 1040 ℃ [xx]), after quenching the structure of M7C3 carbide with martensite (And retained austenite) and a small amount of special carbides (M6C, M (C, N)). In the surfacing layer material, with the cooling rate decreases, it will increasingly be possible to obtain B-type and P-type phase structure, the street cooling rate of 12.5 ℃ / s.

Key Words：Surfacing alloy; hardness; wear resistance; JMatpro.

目 录

摘 要 3

Abstract 4

第1章 绪论 6

1.1 选题背景与意义 6

1.2 堆焊技术的研究进展 7

1.3 本文研究目的和内容 8

第 2 章 实验材料与方法 10

2.1 试验材料及设备 10

2.2 试验方法 10

2.2.1 堆焊试验 10

2.2.2 金相试样的制备 10

2.2.3 硬度试验 11

2.2.4 磨损试验 11

2.2.5 电子探针仪化学成分分析 11

2.2.6 JMatpro模拟研究 11

第 3 章 堆焊的组织与性能 12

3.1试样焊缝厚度 12

3.2 组织观察 12

3.3 化学成分分析 12

3.4 硬度分析 14

3.5 材料耐磨性分析 15

3.5 本章小结 16

第 4 章 JMatpro模拟研究 18

4.1 合金成分及冷却工艺 18

4.2 试验结果及讨论 18

4.3 本章小结 19

第 5 章 结论 20

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪论

1.1 选题背景与意义

堆焊是一种可以通过焊接热源将合金材料焊接到机械部件的表面，从而可以进行修复和加固的焊接方法^[1]。刀片材料一般为9SiCr，Cr12MoV，9SiCr合金工具钢，具有硬度高，耐磨性好，但脆性好，适用于橡胶，废纤维，纸等软质材料，Cr12MoV冷作模具钢，具有较强的耐磨性，抗冲击强度，适用于撕裂废木，家具，塑料等高硬度材料^[2]。机器零件运行失败的主要原因是长期磨损。中高碳钢部件如刀片是工业生产的核心部件。材料的质量直接影响产品的数量，质量和效率。在连续破碎过程中，刀片的摩擦力非常严重。当粉碎机破碎材料时，材料与刀片之间的摩擦产生热量，刀片温度升高，磨损更严重。同时为保持各种机械设施的正常运行，工业部门往往需要大量的金属和大量的金属消耗。多年来,金属磨损问题一直是学者们关注的焦点。减少金属的磨损有两种方法：一是改善零部件的使用环境，尽量减少零件对外界的损失;二是提高零件的抗磨损性能。据统计，全球钢铁年消耗量超过1亿吨，主要是由于材料的磨损消耗造成。据中国电力，建材，冶金，矿山，农业的五个部门不完全统计估计，中国每年的金属材料消耗量达到百万吨以上，加上由于部件更换延迟而造成的能源损失和经济损失达数十亿美元^[3]。随着人类的进步和现代工业的飞速发展,磨损会导致部件的故障率升高,机械部件表面的严重磨损导致金属材料的大量损失和部件的快速故障短暂频繁更换,其停机时间极大地影响了生产效率,造成了大量的人力物力资源,巨大的损失、资源的浪费等都造成了巨大的经济损失,这将成为制约现代装备生产效率的瓶颈,如煤磨,磨辊等大型设备,作为重要组成部分,其质量直接影响煤粉粉碎系统的工作效率,特别是硬度和耐磨性,对粉煤质量和粉煤机维修周期起决定性的作用。因此研磨研发新型耐磨材料,为了减少金属件的磨损,国民经济发展至关重要意义。磨损发生在材料表面,而表面性能直接影响其耐磨性。为了提高材料的耐磨性,传统的方法是改变材料的表面硬度,通过淬火和其他热处理,不改变化学成分。材料表面硬度越高,耐磨性越好。但这种方法非常有限,以增加材料的硬度这种技术来加强难以承受的机械部件表面磨损。相对这种硬度加强技术,更受欢迎的是金属表面强化技术,包括焊接,激光表面处理,热喷涂,从次渗碳氮化的本质是生产具有特殊性能或冶金反应的材料一种能够修复,扩大或制造金属机械部件以满足特殊需要的材料。在金属材料或部件的表面上,通过覆盖焊接工艺沉积具有耐磨性和耐腐蚀性等特殊性能的金属层,给予表面特殊性能,并系统研究其结构和性能,提高材料的耐磨为了达到回收利用的目的,降低生产成本,具有十分重要的经济价值和实用价值,已经成为研磨辊修复的主要发展方向和手段,通过机械部件提高辊的使用寿命^[4][5]。随着焊接技术在社会各个方面的推广使用，刀片零件的主要消耗，采用合适的焊接材料进行堆焊修复，不仅可以提高使用寿命，降低生产成本，经济效益可观，而且属于绿色国家再制造工程部分，适应党和国家的可持续发展之路概念。

1.2 堆焊技术的研究进展