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高铬白口铁和低碳钢的扩散焊接

M. Eroglu and B. Kurt

在本研究中，高铬白口铁被扩散接合到低碳钢。粘合温度和保温时间在整个地区的共同发展微观组织的温度到达的影响将被研究。扩散连接后，显微组织分析包括金相检查，能量色散X射线（EDX），波长分散型X射线（WDX），进行硬度测量和剪切强度的测试。结果表明，粘结温度与保持时间是对影响键的剪切强度的扩散区的宽度起作用。其结果是，从微观观察，EDX和WDX分析，显微硬度测量和剪切强度测试，得出的结论是长保持时间的高温必须被使用在高铬白口铸铁低碳钢的焊接的扩散中。

关键字：高铬白口铁，扩散连接，AISI1020钢，组织，硬度

介绍

扩散焊只是许多固态之一接合流程;其中接合是不需要一个液体界面（钎焊）或通过熔化和再固化创作铸造产品的（焊接）。在其最狭义的定义，这是用于从其他连接工艺区分开来，例如作为变形粘合或瞬间液相接合，扩散接合其产生的过程两种材料之间的固态凝聚。接合发生在材料的熔点以下的温度下被接合。接触表面的聚结产生低于那些负载那会导致宏观变形的部分。粘接助剂，可以使用诸如接口箔或涂层，以无论是促进粘合或防止脆创造异种材料，但材料之间通过不应产生低温液体共晶在与材料反应被接合。在异种材料的组合熔焊，在界面应力的发展也发生由于其线性膨胀系数差，这导致在接合区域形成微裂纹。为此原因，扩散接合不涉及熔化或重大宏观接口变形，粘结区域的微观结构类似于的从接头远端的区域，并具有母体金属性能。扩散接合过程中，即应用程序压力和温度，为一个规定的接口一段时间内，通常被认为是完成时腔接合面上完全关闭。相对的协议发现机制和序列导致接口空洞的崩溃后果，和这些冶金过程描述如下。尽管扩散的这种理论认识粘接工艺是普遍适用的，它应该可以理解的是母体金属的强度是只走近与表面状况材料没有障碍，阻碍原子结合，如不存在在表面的氧化物或吸收的气体的结合界面。

高合金白口铁主要用于磨蚀耐应用和形状可容易地投射机械需要用于破碎，研磨和研磨材料一般处理。大容量在他们的微结构的共晶碳化物提供高硬度需要破碎和研磨等材料。金属基体配套硬质合金在这些铁杆相可通过合金含量进行调整和热处理发展之间的适当的平衡磨损和韧性的电阻需要经受反复冲击。最古老的高合金白商业化生产的熨斗高铬白口铁杆。高铬白口铁具有良好的耐磨损性，并在浆料有效地使用泵，砖，模具，煤磨机，轧机轧辊，抛丸设备和部件采石，硬岩采矿和选矿。作为一类的合金铁，高铬铁是有区别的由硬的，相对不连续的共晶M7C3存在于微观结构的碳化物。

在文献中，出现了非常有限的研究高铬白口铁的粘接。这是大家都知道白口铸铁容易发生开裂和是认为无法焊接，如果大量的铁碳化物都存在。从这点来说，扩散接合方法已被选定为在本研究中加入一个高铬白口铁的低碳钢。其他之所以选择这些材料是看是否扩散接合可以用于硬面作为替代与电弧焊接方法的包层。这是众所周知的含高铬硬面临电极和高碳已用于硬面堆焊。从这点来说，本研究的目的是可以用于包层扩散接合技术选择具有类似组成板的焊沉积。因此，高铬白口铸铁是扩散接合到低碳钢。我们将分别调查粘合温度和保温时间对组织，接头的硬度和剪切强度的影响。

实验

在本研究中，高铬白口铁SAE1020钢被用于扩散粘结。该高铬白口铁的化学成分与低碳钢分别为Fe-3.121C-1.120Si-0.852Mn-0.004P，0.039S-21.760Cr-0.851Ni和铁 - 0.165C-0.280Si-0.550Mn-0.035P，0.034S（重量％）。白口铸铁标本从所得

矩形块铸件的尺寸100*40*40毫米。在SAE1020钢标本从具有16毫米厚的片材提供。在扩散接合之前，低碳钢是在与原始组织正火状态由铁素体和珠光体，而高铬白口铁是在热处理条件下由共晶（铁，铬）7C3和二次碳化物在马氏体的基体中。共晶碳化物和基体的组合物在表1中给出。高铬白口铁在1050℃进行热处理1小时和风扇冷却。这是众所周知的，这些合金热处理，得到马氏体基体该增加的耐磨性和硬度。因此，高铬白口铁也需要在热扩散焊前进行类似的热处理。

为了扩散接合，试样被切成小的12*12*12毫米尺寸件。扩散之前粘接，试样的表面用SiC轮进行研磨，然后打磨至6微米的表面光洁度。该然后试样在超声波浴中进行脱脂用丙酮。为扩散接合，抛光试样的表面进行接触，以及8兆帕的压力被应用在氩气的环境中施加在感应加热单元的接合腔室被设计为扩散连接。扩散接合耦合物加热至粘合温度在加热速率40K/Min。这个连接实验是在不同的温度下进行的，温度分别是900,1000,1100℃。对于每个温度，两种不同的保温时间，15和45分钟，分别使用。接合条件在表2中给出。一旦键合工艺完成后，将样品在腔室移除之前以50K/min的速率冷却至室温。

接合区域的金相检验涉及准备通过横截面连接被以1微米钻石膏研磨并抛光紧紧跟随。对于微观检查，高铬白口铁边用蚀刻硝酸乙醇和苦味酸的溶液中，将低碳钢侧用2％硝酸乙醇腐蚀液蚀刻。进一步检查连接涉及扫描电子显微镜（SEM），并且在粘结剂组合物的变化是利用能量色散型X射线研究（EDX）包括金属含量元素映射和波长为碳微量分析色散X射线（WDX）。使用该粘合体机械测试如在图1中所示的剪切测试装置。粘合标本进一步加工，以产生剪切试验与10*10*10毫米尺寸标本，以消除测试数据的边缘效应。螺钉抗拉测试机设置为0.5mm/min的十字头速度被用于剪切试验。显微硬度测量进行了用25克负荷。

表1碳化物和基体的化学组成，％（重量）

表2粘合条件

1 剪切强度测试装置的示意图

2 900℃状态下a15分钟（SEM），b45分钟（光）（BL，连接线）样本显微照片：高铬白口铁侧蚀刻有硝酸酒精和苦味酸，低碳钢侧的解决方案用2％硝酸乙醇腐蚀液腐蚀

3 1000℃状态下a15分钟（SEM），b45分钟（光）（BL，连接线）样本显微照片：高铬白口铁侧蚀刻有硝酸酒精和苦味酸，低碳钢侧的解决方案用2％硝酸乙醇腐蚀液腐蚀

4 1100℃状态下a15分钟（SEM），b45分钟（光）（BL，连接线）样本显微照片：高铬白口铁侧蚀刻有硝酸酒精和苦味酸，低碳钢侧的解决方案用2％硝酸乙醇腐蚀液腐蚀

5 一个EDX和b EDX结果

6 在试样的粘合区域的铬元素映射在1000℃45分钟（BL，粘合线结合;白色代表铬）

结论与讨论

显微

样品的显微照片粘合，在900，1000和1100℃。15和45分钟被显示在图2-4。

观察只对接合网上有些空洞900℃并且这些可以清楚地在图2a中可以看出。无裂纹在所有的粘接条件进行检测。它也可以是看出，扩散区是如此窄，其与粘合温度和接合时间的增加，示于表3和图5.从该表和图中，可以看出，扩散距离为短，这可以涉及到低含量铬和碳的基质。如可在可见表1中，在粘接之前，铬和碳的更高的部分分别在碳化物化合物。因此，铬和碳的扩散是低的朝向低碳钢侧。元素映射也支持这一结果。图6示出了元素铬映射在1000℃作出的粘接45分钟。可以看出的是扩散路径铬是很窄的。从结果显微结构的调查，它也可以看出对粘结线并在粘合区域，微结构组成类似于马氏体高铬白口铸铁的矩阵。 然而，从分析中，也可以看到，铬和碳在马氏体组织中的组成部分比高铬白口铁中的矩阵低（图5）。从微观检查，也有人注意到扩散区的形态变化从直线状至锯齿状作为接合温度和保温时间增加。这可以是相关的晶界扩散。在考虑晶界扩散比容量高扩散，这个结果似乎是可靠的。从微观检查结果，就可以断定碳和铬的扩散随着接合温度和时间的增加而增加。它也增加了扩散区域。当考虑扩散区的化学组合物，在一般情况下马氏体的形成似乎也可靠，这样的结果是与文献相当吻合的。

硬度

硬度测定的结果在整个拍摄用于粘合的试样接合区域示于图7.可以看出，在一般情况下，硬度在所有的低碳钢侧粘合的条件时下降。这可以涉及到低对粘结和扩散区合金内容在低碳钢（图5）的一侧。从图中，它也可以看出，较高的粘结温度与更长的保持时间引起上增加了硬度粘合线和扩散区在低侧碳钢。这也涉及到碳和铬较高的扩散，因为溶出碳和铬共晶和二次碳化物在粘接工艺中增加。当碳和铬对形成马氏体的产生影响，随后对硬度，钢中被认为是，硬度的结果测量是在与文献一致。

剪切试验

粘合的两者的粘合剪切强度示于图8.可以看出该键剪切强度随着接合温度和持有时间的增加而增加。这可以主要涉及到朝向低碳钢侧区增加的碳化物自由扩散的宽度（见表3）。

在900℃的粘合温度，发生故障在粘合线，同时故障发生在高铬白口铁一边。在粘合温度1000和1100℃，如图的断裂表面上两者在900，1000和1100℃粘合为45分钟图9。900℃的粘合温度的失败是有关微孔的粘合线，因为合金元素的扩散不充分。这个可断裂表面上清楚地看到如由箭头（图9a）。然而，在粘合温度1000和1100℃，它被认为发生断裂在高铬白口铁的侧面远离粘合线。这种失败与在1000和1100uC粘合两者脆M7C3碳化物有关。

7 整个标本粘合界面硬度分布结合为a15分钟和b45分钟

8 剪切强度试验结果

9 扫描电子显微镜断口表现试样断裂特性结合在900℃（箭头显示领域充分扩散没发生），b1000℃和c1100℃45分钟

结论

调查了接合温度和保持时间的影响在显微组织，硬度和剪切强度高铬白口铁的扩散接合低碳钢。 下列结果得到相对于增加粘合温度和保温时间。

1.微空洞检测在扩散粘合标本制作900摄氏度。

2.所有连接都无裂缝。

3.扩散区增大。

4.微观组织由马氏体扩散区组成。

5.硬度表明向低碳钢的一面的增加。

6.剪切强度增加。

7.在高铬白口铁的结合来低碳钢，高的粘合温度，如1100℃具有长保持45分钟是采用8 MPa的负载时推荐的。

8.形式本研究中，也可以说，该扩散接合技术可以安全地用于包作为替代电弧焊接如果基材的尺寸和形状是合适的。

热处理对高铬铸铁组织及性能的影响

摘 要：通过对高铬铸铁进行脱稳处理，利用光学显微镜分析了经不同时间保温淬火后高铬铸铁试样的显微组织变化，并测试了试样的硬度和冲击韧度。结果表明，经 980 ℃times; 2.5 h 风冷淬火后，高铬铸铁的基体的马氏体含量最多，二次碳化物细小弥散且数量较多，硬度为 59.2 HRC；经 350 ℃times; 1 h 回火后，高铬铸铁组织为一次碳化物、二次碳化物、少量残余奥氏体及少量回火马氏体，硬度及韧性相比淬火时略微增加，分别为 60 HRC、11.3 J·cm-2。

关键词：保温时间； 淬火； 回火； 性能； 高铬铸铁

高铬铸铁是一种性能优良的抗磨材料，其 Cr 含量为 10%～28%，铬碳含量比值为 4～8。 研究表明，当 Cr、C 含量比值超过 3.5 后，M3C 型碳化物几乎全部由高硬度的 M7C3(或 M23C6)型碳化物以孤立的条状存在于基体上，大大增强了基体的连续性，因而提高了材料的韧性。正是具有这种优点，高铬铸铁广泛地应用于冶金、矿山、建材和电力生产方面。

高铬铸铁很少在铸态时直接使用。 通常要进行热处理来提高其耐磨性及抗撕裂性能。 即使用热处理工艺改变高铬铸铁中碳化物的形态、 分布和数量等，从而达到改善材料宏观力学性能的目的。 其原理是高铬白口铸铁的性能随组织结构不同而不同，主要取决于基体组织，主要是马氏体组织。 经热处理后可以获得其上分布着一定数量 M7C3(或 M23C6)型碳化物的马氏体基体，同时，淬火后得到的淬火马氏体组织中有较大的弹性应变能， 处于不稳定状态。在淬火后对工件进行相应的回火处理得

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