论文总字数：17250字

摘 要

本文采用手工焊条电弧焊，使用高铬铸铁焊条对低碳钢母材进行了表面堆焊，目的是为了研究高铬铸铁焊条堆焊层的组织与性能。论文首先对堆焊层的微观组织进行了观察，再对堆焊层的硬度进行了测试，最后对堆焊层做了磨损试验。

研究结果表明：高铬铸铁的基体主要由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成；高铬铸铁的硬度与耐磨性远远超过低碳钢，其硬度主要源自长条状的初生M₇C₃型碳化物，这种碳化物含量越高，高铬铸铁堆焊层的硬度与耐磨性就越好。

关键词：高铬铸铁；堆焊；低碳钢；显微组织；耐磨性

Abstract

This paper uses manual electrode arc welding and high-chromium cast iron electrode to surfacing low-carbon steel base metal. The purpose is to study the structure and performance of high-chromium cast iron electrode surfacing layer. First, the microstructure of the surfacing layer was observed, and then tested and compared the hardness of the surfacing layer and low-carbon steel, and finally conducted a wear test on the surfacing and the base metal.

The research results show that the hardness and wear resistance of high chromium cast iron far exceeds that of low carbon steel. The matrix of high chromium cast iron is mainly composed of martensite, residual austenite and carbide. The high hardness of high chromium cast iron mainly comes from the long Strip-shaped primary M7C3 type carbide, the higher the content of this carbide, the better the hardness and wear resistance of the high-chromium cast iron surfacing layer have.

Keywords: high chromium cast iron; surfacing welding; low carbon steel; microstructure; wear resistance

目 录

第1章 绪论 2

1.1研究背景 2

1.2 高铬铸铁的显微组织 3

1.3 高铬铸铁的耐磨性能 3

1.3.1 材料的磨损 3

1.3.2 高铬铸铁的磨损机制 4

1.4 课题研究的意义及主要内容 5

1.4.1 课题研究的意义 5

1.4.2 主要研究内容 6

第2章 实验材料和方法 7

2.1 实验设备及材料 7

2.1.1 实验设备 7

2.1.2 实验材料 7

2.2 焊接工艺实验 7

2.3 微观组织分析 9

2.4 硬度测试 9

2.5 耐磨性能检测 10

第3章 实验结果分析与讨论 11

3.1 微观组织 11

3.1.1 母材微观组织 11

3.1.2 堆焊层微观组织 11

3.2 硬度测试 12

3.2.1 洛氏硬度 12

3.2.2 显微硬度 13

3.3 磨损实验 14

第4章 结论与展望 16

4.1 研究结论 16

4.2 高铬铸铁应用展望 16

参考文献 20

致谢 21

绪论

1.1研究背景

高铬铸铁的全称是高铬白口抗磨铸铁，被称为当代性能最优秀的金属耐磨材料，在冶金、矿山、等各种机械磨损十分严重的场合，其耐磨性能可以得到充分的发挥，所以高铬铸铁在各种生产领域中应用十分广泛^[1]。在生产过程中，各种设备上容易磨损的部位在工作较长的时间之后，经常会因为发生严重的磨损情况而无法继续工作，有些部件在严重磨损失效之后可以进行更换，但有些零部件则不行，而直接更换整个生产设备在经济上则完全不是合理的选择。而就算是可以更换零部件，也会造成生产成本的大幅上涨，不符合高效低耗的生产原则。这时候我们可以选择在失效的零部件上堆焊高铬铸铁来使零部件恢复到它原本的尺寸，修复零部件的花费远比更换新设备或新零件的花费少得多，并获得十分优秀的耐磨性能来继续进行正常的生产工作。对于尚未服役且容易磨损的零部件，也可以在其表面熔覆一层高铬铸铁，使其服役时间大幅延长，生产过程中不需要时常检查和更换，这样不仅可以有效降低成本，还可以提高生产效率。

对于高铬铸铁与低合金钢的结合，主要有铸造和堆焊两种结合方式，使用整体铸造法是一种缺点十分大的方式，尤其对于大中型零部件，生产成本较高的同时，其产品质量也并不够优秀。相比之下，使用表面堆焊技术来完成高铬铸铁与低合金钢的结合，则优点明显。首先，堆焊技术制造出的产品拥有双层金属结构，不仅有着十分优秀的性能，还可以节省很多基础材料，对降低生产成本有很大的意义。其次，表面堆焊是一种比较便捷的实践技术。修复零件所用的时间较短，及时对生产设备的的修复，能减少机器停机时间和停工带来的损失。所以，以表面堆焊技术在韧性较好的低碳钢上熔覆一层耐磨性十分优秀的高铬铸铁，可以兼顾低碳钢与高铬铸铁两者的优势，将两者的劣势的影响变弱，确实是一种性价比非常高的工艺方案。

在科技不断地向前延伸的时代背景下，工业活动的生产过程对产品特性与技术工艺的要求也持续提高，表面堆焊技术作为能提升零件的性能，延长机器使用寿命的优良工艺，已经被广泛地应用在各行各业。但是，表面堆焊技术是一种相对复杂的技术，若要完成一次完全成功的堆焊过程还需要考虑很多方面的影响因素，其中影响最大的主要有两个方面：

（1）选择合适的堆焊工艺：工艺是堆焊过程中非常重要的一环，可以说合适的堆焊工艺是试验成功的基础，我们要根据不同的焊接材料选择最为合适的工艺参数与堆焊方法，这样才能使堆焊效果更加显著。

（2）选择合适的堆焊合金：在高铬铸铁中加入不同的合金元素，会产生不同的效果，在生产过程中，可以针对所需要的性质，来针对性的加入特定的合金元素。

1.2 高铬铸铁的显微组织

金属的性质与它的显微组织息息相关。在高铬铸铁的堆焊实验中，要想得到具有优秀耐磨性能的实验产物，对耐磨层显微组织的研究十分重要。即是要求在堆焊层生成所需的显微组织，以具备达到实验所要求的硬度与耐磨性。

根据目前对高铬铸铁的研究情况可知，由于高铬铸铁本身的铬含量与碳含量的比例高低不同，主要有三种铬的碳化物存在于高铬铸铁中。其中硬度最高的一种显微组织为M₇C₃型碳化物。在高铬铸铁中的铬含量超过10%的时候，高铬铸铁基体中较为容易形成这种碳化物。在高铬铸铁中的铬含量低于10%的时候，则生成另一种显微硬度较低的M₃C型碳化物。第三种碳化物是M₂₃C₆型碳化物，这种组织往往存在于高铬铸铁的共晶碳化物中^[2-4]。

M₇C₃型碳化物主要有两种形态，初生M₇C₃型碳化物和共晶M₇C₃型碳化物。其中，初生M₇C₃型碳化物属于六方棱柱结构，分布形式为细长杆状，细长的杆状纤维可以作为材料的骨架，有效增强基体与碳化物的结合，从而增强堆焊层的性能^[5]。同时，初生M₇C₃型碳化物在不同的晶面上有着不同的显微硬度，在横截面上显微硬度较高，接近HV2000，在纵截面上则显微硬度较低，约HV1400。堆焊层中的另一种斜方晶格类型的共晶M₇C₃型碳化物，主要是以网络状的形式分布在堆焊层中。两种形态的M₇C₃型碳化物都是以Cr原子溶进Fe₇C₃的形式存在，从而形成比较稳定的（Cr,Fe）₇C₃碳化物。而Cr含量较低的话则可能会升成显微硬度较低的M₃C型碳化物，这是一种渗碳体型碳化物，其显微硬度只有大概HV840-1100，并不是我们所需的组织。

在本次研究中，我们在低碳钢上堆焊高铬铸铁的目的就是为了利用堆焊层优秀的耐磨性能对母材金属起到保护作用。而为了获得高铬铸铁堆焊层更加优秀的耐磨性能，则要求我们在堆焊层上获得尽可能多的高硬度初生M₇C₃型碳化物。为了得到高硬度M₇C₃型碳化物，我们需要控制高铬铸铁中的铬含量与铬碳比在合适的范围内。

1.3 高铬铸铁的耐磨性能

1.3.1 材料的磨损

磨损是物体在相互接触并产生相对运动的系统中发生的一种现象，这种现象普遍存在于日常生活和生产中。材料的磨损失效已经成为三大失效形式之一，在生产过程中，接近一半的用于生产的总能源的是由于磨损而被消耗的，一半以上的机器零件失效是由磨损导致的，。如果机器零件的耐磨性能不够好，就会导致生产过程中的精度下降，对于一些精度要求较高的加工工艺生产来说属于非常严重的问题。如果频繁的更换零部件，又会极大的影响生产效率，而且会造成成本的大幅上升和材料浪费。所以材料的耐磨性能已经是一个十分重要的附加性质，耐磨材料的应用也越来越广泛，其需求量与需求精度也被多方关注。

按照表面破坏机理特征，磨损可以分为磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。前三种是磨损的基本类型，后两种只会在某些特定的条件下才会发生。

请支付后下载全文，论文总字数：17250字