高錳鋼表面等離子熔覆FE-Cr-Ni合金涂層的組織與性能研究.pdf

1、本文針對傳統(tǒng)高錳鋼零部件在低沖擊應(yīng)力下難以加工硬化，導(dǎo)致表面等局部接觸面容易磨損失效，提出了在高錳鋼表面等離子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂層以改善高錳鋼的表面耐磨性。由于熔覆過程冷、熱循環(huán)快，熔覆層容易累積殘余應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋，熱影響區(qū)產(chǎn)生脆性魏氏體組織。基于影響熔覆層成型的六因素優(yōu)化出熔覆工藝參數(shù)，并對熔覆層進行不同熱處理工藝處理，以改善熔覆層組織穩(wěn)定性，消除殘余應(yīng)力，促使魏氏體組織珠光體化轉(zhuǎn)變，提高綜合性能，得到高耐磨性和無裂紋涂層。著

2、重分析了熔覆層裂紋產(chǎn)生機理及擴展方式、熱處理前后熔覆層與基體組織和殘余應(yīng)力演變、熱處理前后熔覆層與基體摩擦磨損性能。
　　研究結(jié)果表明:熔覆層組織由殘余滲碳體、樹枝狀奧氏體與骨架狀共析體組成，垂直于熔覆方向依次分為等軸晶區(qū)、樹枝晶區(qū)、包狀晶區(qū)、結(jié)合區(qū)平面晶;熱影響區(qū)為組織粗大魏氏體，基體為珠光體與奧氏體組織。熱處理后熔覆層組織內(nèi)奧氏體均勻化，骨架狀共晶體部分溶入晶粒內(nèi)部，晶粒Cr、Ni含量增加，晶粒內(nèi)析出(Cr，F(xiàn)e)mCn顆粒相

3、，共晶體區(qū)域聚集出黑色碳化物相，隨著熱處理溫度升高，顆粒相(Cr，F(xiàn)e)mCn數(shù)量增加，分布更均勻。900℃退火處理后組織內(nèi)碳化物相完全析出，且從亞穩(wěn)態(tài)的(Cr，F(xiàn)e)7C3相逐漸轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的(Cr，F(xiàn)e)23C6相，熱處理區(qū)魏氏體組織重結(jié)晶成細小珠光體組織。多道熔覆的析出相數(shù)量和穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變較單道熔覆均勻。殘余應(yīng)力測試試驗表明熔覆層中應(yīng)力以熱應(yīng)力為主，多道熔覆層殘余應(yīng)力為單道熔覆層累計，高于單道40％且均為拉應(yīng)力;900℃退火處理后單

4、、多道熔覆層因熱應(yīng)力釋放、沉淀顆粒相(Cr，F(xiàn)e)mCn的完全析出以及析出相穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變共同作用，降低熔覆層中應(yīng)力值分別81％、67％。
　　針對熔覆層組織改變對殘余應(yīng)力的影響，從微觀角度分析了基體預(yù)熱溫度對熔覆層裂紋形成機理與擴展方式的影響?；w未預(yù)熱熔覆層內(nèi)出現(xiàn)宏觀貫穿裂紋，形成穿晶斷裂;預(yù)熱250℃后覆層出現(xiàn)微觀沿晶裂紋和穿晶裂紋，預(yù)熱350℃后熔覆層無裂紋產(chǎn)生。所有裂紋均起源于熔覆層底部的結(jié)合處，沿著結(jié)晶凝固方向往頂部發(fā)展，

5、其擴展驅(qū)動力為快速凝固過程中垂直于熔覆方向上產(chǎn)生的溫度差和熔覆層與基體的熱膨脹系數(shù)差造成的熱應(yīng)力?；w預(yù)熱350℃能夠降低散熱速度和促使碳化物析出，從而減少熔覆層內(nèi)殘余應(yīng)力消除裂紋。
　　熔覆層性能試驗表明，未熱處理熔覆層耐磨性為基體7.3倍，900℃退火處理后熔覆層耐磨性提高3.3倍，說明熱處理在改善熔覆層質(zhì)量時保持良好的耐磨性?；w磨損機制屬于典型的磨粒磨損;未熱處理熔覆層磨損機制為磨粒磨損和粘著磨損相結(jié)合;熔覆層經(jīng)900℃退