1. 研究目的与意义（文献综述）

随着制造工业以及运输行业机械化程度的不断提高，综合机械化程度不断增加，对于易磨损件的消耗量也越来越大，而通常这些设备都是在矿山，港口等野外或大工作量的恶劣工作环境工作，所以装备的耐磨性就尤为重要。磨损是摩擦学的三个重要组成部分之一，磨料磨损又是磨损研究领域中最重要的研究方向之一．关于磨料磨损的系统研究是近60年才逐步发展起来的，磨料磨损的应用与抗磨料磨损技术发展是相互制约又相互促进而共同发展的。“磨损是允许的自然现象”的观念再也不能适应工业技术向大型、高速、高效方向发展的需要了。机械装备的可靠性和零件的长寿命在一定程度上代表着生产率和科学技术水平。如导弹发射井是一个深百米以上的大直径竖井，铺以各种横向隧道，工程十分艰巨，开凿横向、竖向孔洞，必须使用各种破岩刀具，如牙轮钻头、竖井滚刀，岩石挖进机刀圈等，这些刀具的抗磨料磨损性能对工程进度、工程质量和工人的劳动强度有重要的影响。由此可见，深入开展磨料磨损的研究解决在工程实际中减少和防止因磨料磨损造成的损失，提高易磨损件的使用寿命具有重大的经济意义。

传统的生产工艺，一般通过两个途径解决耐磨性差、寿命短的问题。一是在材质选择上选用复合刚材或多层轧材等配以表面热处理工艺，二是采用中碳钢热处理强化工艺，如表面淬火、渗碳等。前者往往会装备成本增加；后者因为硬化层薄，耐磨性再好寿命也不会太长。而采用火焰喷焊技术不仅可以很方便地在零件表面制备出性能优越的耐磨层，而且还可以对零件的局部表面进行强化，延长零件的使用寿命。此外，因磨损造成的尺寸超差的机械零部件，也可用火焰喷焊恢复其原有的尺寸，并赋予其表面更好的耐磨性能。

热喷涂技术从发明到今天大约有80年的历史。最初的热喷涂是将熔融的金属由喷嘴高速喷出的空气或加热的气流雾化成微粒后再喷射到基材上的，当时仅限于金属，故称为金属喷涂。喷焊在范畴上也属于热喷涂，是在喷涂层的基础上加热保温使涂层与基体形成冶金结合，大致可分为火焰喷焊与等离子弧喷焊两类。常用的粉末火焰喷焊是以氧、乙炔作为热源，利用压缩空气将加热至熔化或半熔化的合金粉末高速射向基体工件表面，并通过随后重熔获得致密的与基体冶金结合的各种金属及合金涂层。多年来这项技术在提高金属表面耐磨、耐蚀以及抗高温性能等方面发挥了巨大的作用，在国民经济中占有重要地位。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

利用火焰作为热源，在材料表面喷焊高性能合金层，是材料表面强化技术之一。这种方法合金少，可得到稀释率低，结合强度高的致密层。主要研究内容有:

1．以火焰作为热源，在碳钢碳钢表面火焰喷焊耐磨层。

2．制备金相样品，对耐磨层进行显微组织观察。

3．对耐磨层进行硬度测试。

4．对耐磨层进行磨损试验，观察磨损形貌，分析磨损机理，并对耐磨性能进行评价。

2.2 研究目标

通过对耐磨层进行磨损试验和硬度测试，观察磨损形貌，分析磨损机理，并对耐磨性能进行评价，为耐磨堆焊层的制备和应用提供参考。

2.3 技术方案

2.3.1 堆焊层制备

热源：氧-乙炔火焰作为热源。

基体材料：普通低碳钢Q235，化学成分见表2.1。

表2.1 Q235钢的化学成分(wt％）

喷焊材料：铁基和镍基自熔性合金粉末（G314、Ni60），成分见表2.2。

表2.2 G314和Ni60合金粉末成分(Wt％)

2.3.2 喷焊试验方法

喷焊工艺为以下几个流程：取圆棒状钢基体—工件的清洗、除油一工件的表面准备一二步法喷焊一工件的喷后冷却（空冷）一工件的喷后加工（取1cm×1cm×1cm式样）。

2.3.3 制备金相试样

先用机械切割的方法取10mm×10mm×10mm的正方体式样并用砂轮磨平。然后采用机械夹持法镶嵌并进行样品标记。再进行斜面截切来扩大表层可观测范围（锥度比10，倾斜角5°43"）。最后进行磨制（包括粗磨和手工细磨）以及抛光。

2.3.4 显微组织分析

对耐磨层进行组织观察。常规金相分析在光学显微镜上进行，显微组织分析是用电子探针型号为JXA-840全数字自动控制立体扫描电子显微镜。喷焊层的物相结构采用射线粉末衍射仪进行分析。对耐磨层进行组织观察。

2.3.5 喷焊层磨损试验

先将喷焊好的试样在平面磨床上磨去表面的熔渣层、清洗、烘干、称重，然后在MLS--23型湿沙橡胶轮式磨损试验机上进行湿砂磨粒磨损试验，橡胶轮的硬度为邵氏硬度75，转速240r／min。磨粒为普通河沙，主要成分为Si02，磨损前分别过20目和60目的分级筛，使其粒度在20目～60日闯．湿沙配比为1-3kg 600ml水。试样磨损前后均用丙酮清洗吹干，用感量为0．1mg的天平称量磨损失重。为保证数据的可靠性和准确性，每种涂层均制各两块试样，作两次磨损试验，取其平均值。

2.3.6 硬度试验

宏观硬度在HRC-150A型洛氏硬度计上测定，显微硬度在国产H71型显微硬度计上测定，数据处理同于耐磨性方法。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需要的原料、仪器和设备。制定实验技术方案，完成并提交开题报告。

第4-5周：采用自熔性合金粉末，在碳钢表面制备火焰喷焊层。

第6-7周：制备金相样品，进行组织观察。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]刘会杰.焊接冶金与焊接性[m].北京：机械工业出版社，2007.

[2]李亚江.焊接组织性能与质量控制[m].北京：化学工业出版，2005,1:24-87.

[3]gladshtein vi. improvement of repair weld quality in low-alloy steel turbine casing components[j].power technology and engineerin, 2013, 47(1)：7-61.