摘 要

为了研究氩弧重熔对W18Cr4V组织和性能的影响，本文在不同的重熔电流、重熔速度和氩气流量下对W18Cr4V进行氩弧重熔处理，观察了重熔层的组织，测量了重熔层表面和截面的硬度。得到结论，重熔后的组织出现了马氏体，所以重熔层硬度明显高于母材；重熔区的硬度随着氩气流量的增加而增加，随着重熔电流的增加而减小，重熔速度对硬度的影响不呈线性分布；淬硬层的深度随着重熔速度的增大而明显下降，随着重熔电流的增大而增加，而氩气流量对淬硬层深度的影响不大。

关键词：W18Cr4V；氩弧重熔；组织；硬度

Abstract

In order to study the effect of argon arc remelting on the microstructure and properties of W18Cr4V, W18Cr4V was subjected to argon arc remelting at different remelting current, remelting rate and argon flow rate. The microstructure of the remelted layer was observed, The hardness of the surface and cross section of the weld. It is concluded that the hardness of the remelting layer is higher than that of the base metal. The hardness of the remelting zone increases with the increase of the argon flow rate and decreases with the increase of the remelting current, The effect of remelting speed on hardness is not linearly distributed. The depth of hardened layer decreases with the increase of remelting rate, increases with the increase of remelting current, and the effect of argon flow on the depth of hardened layer is not big.

Key words: W18Cr4V; argon arc remelting; organization; hardness

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景、目的和意义 1

1.2国内外现状分析 1

1.3课题研究内容 3

1.4 预期目标 4

第2章 研究方法 5

2.1 重熔 5

2.2 氩弧重熔原理 5

3.3 氩弧重熔的特点 6

2.4 氩弧重熔参数 6

第三章 实验步骤 7

3.1 实验材料准备 7

3.2 重熔参数选择 7

3.3 进行重熔实验 7

3.4 磨制金相 8

3.5 观察金相 8

3.6 硬度测试 9

第4章 研究结果分析讨论 10

4.1 组织分析 10

4.1.1 母材 10

4.1.3 热影响区 13

4.2 性能分析 17

4.2.1 重熔层硬度变化 17

4.2.2 淬硬层变化 18

第5章 结论 25

参考文献 26

致 谢 27

第1章 绪论

1.1研究背景、目的和意义

从古到今，刀具在人们的生活中都扮演着十分重要的角色，从远古时期的石刀到青铜器时代的青铜刀，在人类掌握了铁的冶炼之后又发明了铁制刀具，发展到现在出现了各种各样有着不同形状、不同功能的刀具，这些刀具都面临着同样一个问题，就是使用时间的问题。一般的工具刀（如车刀、铣刀、钻子等）的失效损坏大多是因为当前的工作情况超过了表面最大承受能力，此时应用表面强化处理可以显著的增加刀具的各方面性能指数，从而增大刀具的使用寿命，避免频繁的更换带来的高成本低效率，刀具的常用表面强化方式有以下几种：传统热处理、喷涂、电镀、原子渗层等，涂层是与机体平行的层状组织，与机体连接不够紧密，且稀疏多孔，还存在着残余应力。渗层的质量不容易控制，表面渗层的厚度和渗入原子的分布不够均匀。传统的表面强化过程往往有两个关键缺点。第一，在强化过程本身，一些方法往往需要不止一种处理方法，这意味着会在过程中产生很大的意外花费，增加了生产成本，这对于公司的生存是没有好处的。其次，所有传统的强化过程都有材料的浪费，这些材料浪费在加工过程中没有得到任何进一步的利用。有一种新的强化方法是金属表面重熔。在这个过程中，没有材料浪费而是将材料在熔融状态重新混合。这种强化的过程是基于新的原理——重熔。而近些年由于激光、TIG的发展，拓展了表面改性的方式^[1]，此方法利用高能量密度的激光或者氩弧融化金属的表面，使表层金属混合搅拌，重新凝固后形成新的表面强化层。可以显著增强金属表面的硬度等性质。氩弧重熔技术能使刀具表层金属组织均匀化，减小焊接的残余应力、使涂层、渗层、镀层等与母材的结合更加紧密，物理化学性质更加优秀，例如提高刀具的表面硬度、耐磨性等^[2]。

可是使用不合适的工艺方式对金属表面进行重熔处理也会使金属表面强化层的物理性质发生下降，例如利用氩弧重熔技术强化非晶涂层时，重熔层表面会发生一种特殊的化学反应，反而会降低原材料的硬度和耐蚀性^[3]。

所以，在重熔过程中根据材料本身的性质选择合适的工艺显得十分重要，目前，常用的重熔处理方法主要有氩弧重熔、激光重熔、电子束重熔、火焰重熔、感应重熔等，而氩弧重熔由于操作简单、设备轻便灵活、易于维护和实现自动化而受到广泛关注^[4]。因此对氩弧重熔的研究深入与否极大程度的影响着实际生产，锋利耐用的刀具必然会使生产效率提升，从而提升工业效益，进一步促进工业技术的进一步发展。

1.2国内外现状分析

目前国内关于钨极氢弧重熔的研究较多的是铸铁、钢及铝镁合金表面重熔强化，包括对涂层、镀层、渗层和基体等的重熔。

涂层是为了保护金属免遭腐蚀性介质侵蚀、维修长时间使用导致性能不再能满足使用要求的工件或是对工件表面的强化。可以通过维修而不用更换零件，从而节约成本。但是相较于其他方法，涂层的强化效果有限，容易发生缺陷。时海芳等将合金粉末G302（铁基合金粉末）混入确定剂量的CrFe（铬铁）和不同剂量的WC（碳化钨），并将混合的合金粉末通过喷涂技术在Q235表面制作涂层，然后进行氩弧重熔处理，得出结论重熔层硬度比基体高，且在CrFe含量为9%时，WC加入量越多重熔后试件表面硬度起初变大，然后变小，当含WC15%的情况下，得到硬度的极限值64.4HRC，同时耐磨性极佳^[5]。杜晓东等使将颗粒状WC混合到电弧熔化的母材上，母材选用45钢，得到涂层。对涂层进行氩弧重熔，然后观察组织，测量硬度。得出结论新生成的组织组织更加细小，原本存在的缺陷得到改善，得到了比较完美的组织。重熔后组织的硬度提升，重熔层的硬度较高且变化很小，近表面的热影响区的硬度急剧下降，大概有下降了500HV，最后在母材处硬度趋于平缓^[6]。陈桂山等用来喷涂的材料为合金粉末，其成分为Fe、Cr、Ni、Ti、C、Si、Al、Nb、B按一定比例混合而成的，将其喷涂在母材为20G的零件上，然后对其进行氩弧重熔处理。得出结论重熔后的零件拥有更好的性能，在耐磨性上表现较为突出，重熔层的组织也较为紧密，很好的减少了各种缺陷^[7]。

镀层在工业上多用来保护金属，例如抵抗腐蚀介质的侵蚀，或者用来改变金属表面的性质，例如钎焊中在镍表面镀铜就是为了增加钎料锡的润湿性。热浸镀铝是常用的用来强化金属表面的方法，在工程中应用很广泛，镀层有着更强的组织，性能较普通钢铁更好，拥有较高的硬度，和耐磨性。可是因为热浸镀铝工艺依旧存在很多问题，例如镀层与金属表面结合性不好，内部孔隙率高，容易产生裂纹和脱落等缺陷。因此改善热浸镀铝层的性能缺陷，发挥这种工艺的优异性能就显得尤其重要。赵霞等在780摄氏度对球墨铸铁试样进行热浸镀铝实验，然后对镀层进行氩弧重熔处理。得到结论新组织原本的分层消失，并且有了新的分层方式，分为重熔层和过渡层，氩弧重熔改善了基体的组织，减小了裂纹率等缺陷，重熔层的硬度显著增加^[8]。 赵霞等还对Q235钢进行了同样的实验，同样获得了泽更加基体硬度，改善组织和缺陷的结论^[9]。