摘 要

本论文主要研究FeCrNiMoV高合金覆层材料成分及组织性能影响。等离子弧焊易于操作成本低廉，利用等离子熔覆技术制备组织性能良好的熔覆层具有重要的应用价值。

本课题在H13钢表面熔覆制备了铁基高合金覆层。采用金相观测，显微硬度测试，高温回火，电子探针等实验方法，分析了覆层的成分组织与性能。研究结果表明：（1）显微组织分析发现覆层组织为板条马氏体和铁素体（白色区域）加上合金珠光体（黑色区域）；（2）随着合金元素（W，Mo，V）的增加，熔覆层的硬度相应增加；（3）含6%W，3%Mo，V0.5%覆层材料经回火（700 ℃*6h）后，回火抗力最高，其硬度（591HV_0.1)是H13钢的2.8倍。这表明合金元素的加入对等离子覆层的回火抗力有显著增加。

关键词：铁基高合金覆层；等离子熔覆；材料成分；显微组织及性能。

Abstract

In this paper, we mainly study the composition and microstructure of FeCrNiMoV high alloy coating materials. Plasma arc welding is easy to operate at low cost, and it is of great value to use plasma cladding technology to prepare cladding with good microstructure performance.In this paper, iron-based high-alloy coating was prepared on the surface of H13 steel. The microstructures and properties of the coatings were analyzed by metallographic observation, microhardness test, high temperature tempering and electron probe. Research indicates:(1) Microstructure analysis found that the coating structure was lath martensite and ferrite (white area) plus alloy pearlite (black area);(2) As the alloying elements (W, Mo, V) increase, the hardness of the cladding layer increases accordingly;(3) W3%, Mo6%, V0.5% cladding material after tempering (700 ℃ * 6h), the highest resistance to tempering, the hardness (591HV0.1) is H13 steel 2.8 times. This indicates that the addition of alloying elements has a significant increase in tempering resistance to plasma coatings.

Key Words：Iron-based high alloy coating; plasma cladding; material composition; microstructure and properties.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 等离子熔覆技术要求及前景 1

1.2 等离子熔覆技术的优点 1

1.3 等离子熔覆层的组织与性能受工艺参数的影响 2

1.4 课题研究内容 2

第2章 材料及方法 3

2.1 等离子熔覆工艺的基础粉末的作用 3

2.2 等离子熔覆工艺的其他合金粉末（Mo、W、V）的作用 3

2.2.1钼(Mo) 3

2.2.2钨(W) 4

2.2.3钒(V) 5

2.3 等离子熔覆层材料的制备 6

2.3.1 JMatpro模拟分析组织及性能 6

2.3.2熔覆层的基础粉末Fe65（150~200目） 8

2.3.3 等离子熔覆层材料的的粉末配方（Mo、W、V） 8

2.3.4 粉末的混合处理 8

2.3.5 基体材料的准备 8

2.3.6 堆焊工艺参数的确定与制备 8

2.4 金相试样制备、照像、相组成 10

2.4.1 金相试样制备过程 10

2.4.2 金相照相方法 10

2.4.3 X射线衍射实验 10

2.5 维氏硬度计使用方法 11

2.6 电子探针显微分析仪分析方法 11

2.7 回火的目的、方法及组织性能变化 12

2.8 回火后金相 13

2.9 回火后硬度 13

2.10 回火后电子探针 14

第3章 实验的分析与讨论 15

3.1 金相照片分析 15

3.2 硬度分析 16

3.3 电子探针分析 19

第4章 结论 20

4.1 主要结论 20

4.2 不足与改进 20

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 等离子熔覆技术要求及前景

金属材料表面的物理、化学性质决定了其表面性能。表面性能包括硬度，耐磨性，耐腐蚀性，抗氧化性，热强性等。对金属材料的表面进行改性处理是提高表面性能的重要手段。传统的表面改性（涂层）处理技术包括喷焊、喷涂、堆焊等几种方法。新兴起的激光熔覆处理技术是金属材料表面改性处理的一个热点方向，它比之传统涂层技术提高了涂层质量，减小了被处理工件变形情况，改善了工作环境等；但是大功率的激光器成本很高，价格昂贵，且对工作环境的要求较为特殊，工件表面需要进行黑化处理，这使激光熔覆的工业应用受到了限制。

与激光熔覆技术相比，等离子熔覆技术解决了激光熔覆技术的很多缺点，使得等离子熔覆技术成为了一颗冉冉升起的新星。等离子熔覆时通过电离弧进行加热，热量集中、加热速度快，比普通弧焊机的性能优越。为了在等离子熔覆时的热量更加集中，且不使基体温度提升过高，一般使用低电流，压缩型口径，这样基本可以避免基体因退火产生变形。然而，众所周知的是，电离弧的加热速度还是难以比拟激光束。由于等离子弧工作时间没有间断，基体的冷却速度相对缓慢，所以形成的热影响区比激光熔覆要深。这样反而使硬质基体的应力得到了释放，减少了应力变形。

有研究表明，等离子熔覆虽然工件精度及成品质量稍差于激光熔覆，但仪器价位仅为激光熔覆器的20%；但是等离子熔覆生产效率激光熔覆的8倍左右，熔覆层合金粉末利用率是激光熔覆的3倍左右。因此等离子熔覆机械制造等方面的应用范围很广。等离子熔覆设备是在直流焊机的基础上发展而来，其中一些零件设备的技术、制造、使用、维护简单；生产、使用成本低，耗电少；通用性、可靠性、适应性好，可规模化生产，效益良好，对环境没有高要求，对材料适用范围广。

随着电气技术方面的突破，我国的焊机技术水平取得了很大的进展，有足够的能力支持生产。