等离子堆焊碳化钨强化镍基合金组织与性能研究_夏厚福.doc

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1、等离子堆焊碳化钨强化镍基合金组织与性能研究_夏厚福 犬il硿-大莩 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 颀士莩位坨文 MASTERAL DISSERTATION 等离子堆焊碳化钨强化镍基合金组织与性能研究 学科专业材料加工工程 作者姓名 ? 指导教师 ?M_一 答辩日期 2014年6月 硕士学位论文 等离子堆悍碳化钨强化镍基合金 组织与性能研究 Microstructure and Wear Behavior of Ni-based Hardfacing Reinfored With Tungsten Carbides by PTAW 作者 姓名: 夏厚福 学科、

2、专业: 材料加工工程 学 号: 21105051 指导 教师: 邓德伟 完成 曰期: 2014年5月 式遠理工夫嗲 Dalian University of Technology 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外, 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果,也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均巳在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目:M HiSf扉柳tMM觀_f

3、l 作者签名: 夏谣搞 日期:TWf年/月夕日 大3?理工大学硕士学位论文 摘 要 为了提高材料表面耐磨性,通常在其表面堆焊耐磨合金,有时为了获得特殊的性能, 如高的耐应力磨损性能,可添加硬质合金粒子进行强化。对镍基合金而言,常添加的硬 质粒子为碳化钨。其原因为:一方面碳化钨具有高的耐腐蚀性、高硬度、高熔点、可焊 性好、具有一定的塑性变形等特点;躬一方面镍基合金与碳化钨颗粒之间有较好的润湿 性。本课题选用等离子堆焊技术,其原因为:等离子堆焊技术具有稀释率和变形小、焊 道平整、工艺稳定、冶金结合好、致_无缺陷、易于实现自动化等优点。 本文来用等离子堆焊技术在奥氏体不锈钢钢板表面堆焊碳化钨强化镍基

4、耐磨合金, 使用光学显微镜(0M)、带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线 衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱分析伩(XRF)、红外碳硫分析伩、显微硬度计、磨损试验 机等设备研宄合金堆焊层的显微组织和耐磨性能。 研究了堆焊电流对镍基合金堆掉层组织与性能的影响。结果表明.随着堆焊电流的 增大堆焊层中的枝晶组织变得越来越不明显,堆焊层中依次出现鱼骨状组织、羽毛状 组织和点状群落组织,并且硬度也随之降低。 研究了添加不同含量和形状碳代钨强化镍基合金堆焊层组织与性能。在显微组织方 面,随着碳化钨含量的增加,堆焊肩中出现了针状、块状、条状及骨架状组织,并且均 含有W元素;在耐磨

5、性能方面,随着1碳化钨添加量增大,合金堆焊层的耐磨性能也随之 提高,且球形碳化钨的强化效果优予不规则碳化钨。 研宄了堆焊电流对碳化钨强化镍基合金堆焊层组织与性能的影响。堆焊电流不同, 元素凝固时扩散程度也不同,最终导致堆焊层中出现不同形态的组织。在耐磨性能方面, 堆焊层的耐磨性并不是堆焊电流的单调函数,它与电流及试验载荷大小相关。同时,在 堆焊层中观察到了不同程度溶解的破化钨,这些溶解的碳化钨进入到镍基合金基体中, 与基体中元素进行反应,形成各种不同形状的复杂化合物,并且随着堆辉电流的增大, 碳化钨溶解现象越来越明显。 关键词:等离子堆焊;镍基耐磨合金;碳化钨;显微组织:耐磨性 等离子堆焊碳化

6、钨强化镍基合金组织与性能研宄 Studies on Microstructure and Properties of Ni-based Hardfacing Reinforeced With Tungsten Carbides by PTAW Abstract In order to improve the surface wear resistance, the abrasion-resistant alloy was deposited on the surface of material. Sometimes for special performance, such as high s

7、tress abrasion resistance, it can be adding carbide particle in it. For the Ni-based hardfacing, the carbide particle usually was tungsten carbides. There are some reasons for this. On the one hand, the tungsten carbides has high corrosion resistance, high hardness, high melting point, good weldabil

8、ity and plastic deformation. On the other hand, the Ni-based alloy has good wettability with tungsten carbides. It adopts plasma transferred arc welding (PTAW) in this paper, the reason is that it has lower dilution and deformation, good weld formation, process stability, easy to realize automation,

9、 excellent bonding with substrate and dense and defect-free deposits. The Ni-based hardfacings reinforeced with tungsten carbides were deposited on austenitic stainless steel substrate by plasma transferred arc welding (PTAW). The optical microscope (OM),scanning electron microscope (SEM) with Energ

10、y Disperse Spectroscopy (EDS), electron probe microanalyzer (EPMA), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrum analyzer (XRF), infrared carbon sulfur analyzer, microhardness tester and sliding wear tester were employed to analysis the microstrcture and wear resistance. The influence of cur

11、rent on microstructure and wear resistance of Ni-based hardfacing was studied. The results indicated that dendrites constituents was becoming more and more unconspicuous, the herringbone, feathery and dot community structure were appeared in coatings and the microhardness was decreased with the incr

12、ease of the current. The microstructure and wear resistance of the Ni-based alloy reinforced with different content and shape of tungsten carbide were researched. In the aspect of microstructure,with the increasing content of tungsten carbides, in the shape of acicular constituent, block tissue, lon

13、g flake and skeleton structures, which including element of W, were precipitated in coatings. In terms of wear resistance, the wear resistance of coatings increased, with the increasing content of tungsten carbides. At the same time, the reinforcement effect of spherical tungsten carbide was better

14、than the irregular tungsten carbides. The influence of current on microstructure and wear resistance of Ni-based hardfacing reinforced with tungsten carbides were researched. In different welding current, the diffusion rate of element was different during the solidification of coatings, leading to v

15、arious forms of ii organization appeared in the coatings. In terms of wear resistance, the wear resistance of coating was not monotonic function of current, it related to the current and the size of the test load. The dissolved tungsten carbides with different degree were found in coatings. They rea

16、cted with the elements of Ni-based alloys to form low melting eutectics, which precipitated in different shapes. What is more, the dissolved phenomenon of tungsten carbides was more obviously with the increase of the current. Key Words: Plasma transferred arc welding; Nickel-base alloy; tungsten car

17、bides; Microstructure; Wear resistance -in- 等离子堆舰化钨强化镍基合金组织与性能研宄 目 录 m I Abstract II 1 1 1.1镍基合金 1 1.1.1 镍基合金的分类 1 1.1.2合金元素对镍基合金的影响 3 1.2碳化钨 4 1.2.1碳化钨的分类及优点 4 1.2.2碳化鹤的应用 5 1.3摩擦磨损 5 1.3.1 磨损的分类 5 1.3.2磨损机理 6 1.3.3影响磨损的因素 7 1.4等离子弧堆揮 8 1.5课题研究意义及主要内容 9 2实验部分 10 2.1 实验材料 10 2.2焊前准备与焊后热处理 11 2.3试样的制

18、备 11 2.4显微组织分析 12 2.5摩擦磨损试验 12 3电流对等离子堆焊Ni40合金组织与性能的影响 13 3.1 实验材料 13 3.2合金堆焊层显微组织分析 13 3.3合金堆焊层硬度分析 23 3.4 本章小结 24 4碳化钨的含量及形状对等离子堆焊镍基合金组织与性能的影响 25 4.1不同含量球形碳化钨对等离子堆焊镍基合金组织与性能的影响 25 4.1.1 实验材料 25 -IV - 4.1.2合金堆焊层显微组织分析 26 4.1.3合金堆焊层摩擦磨损性能分析 32 4.2不同含量不规则碳化钨对等离子堆焊镍基合金组织与性能的影响.36 4.2.1 实验材料 36 4.2.2合金

19、堆焊层显微组织分析 37 4.2.3合金堆焊层摩擦磨损性能分析 44 4.3 本章小结 47 5电流对等离子堆焊碳化钨强化镍基合金组织与性能的影响 48 5.1电流对等离子堆焊球形碳化钨强化镍基合金组织与性能的影响 48 5.1.1 实验材料 48 5.1.2合金堆焊层显微组织分析 48 5.1.3合金堆辉层摩擦磨损性能分析 57 5.2电流对等离子堆焊不规则碳化钨强化镍基合金组织与性能的影响.60 5.2.1 实验材料 60 5.2.2合金堆焊层显微组织分析 61 5.2.3合金堆焊层摩擦磨损性能分析 65 5.3 本章小结 67 it 69 参考文献 70 攻读硕士学位期间发表学术论文情况

20、 76 Sfc if 77 大连理工大学学位论文版权使用授权书 78 :?工大学硕士学位论文 1绪论 1.1镜基合金 镍基合金是指在高温下具有较高强度与一定抗氧化腐烛能力等综合性能的一类合 金,它广泛应用于海洋、石油、化工、核电等行业,解决一般不锈钢和其它金属、非金 属材料无法解决的工程问题。其强化机制为:一方面可以通过合金元素固溶强化,另 一方面还能产生沉淀强化2。 1.1.1镍基合金的分类 镍基合金的分类方法通常有两种,一种是按照其化学成分进行分类,另一种是按照 其主要性能特点进行分类,常用的分类方法如图U所示。下面将对镍基耐热合金、镍 基耐蚀合金和镍基耐磨合金作简单的介绍。 镍基合金 I

21、 I I I 按化学成分特点I I按性能特点 ip Jn r- r*i 丄 丨 镍迪镍镇镍媒镍镍镍镍镍合 22银责铬铬络铬基基基基基金 55铁2铁相银银耐耐耐精形 金金金金金金合合合合合合记 金金金金金金忆 图1.1镍基合金的分类 Fig. 1 ? 1 The classification of the Ni-based alloy (1)镍基耐热合金 镍基耐热合金又称为镍基高温合金,它具有组织均句、有害相少和耐氧化腐蚀能力 强等优点,同时,能在高温较大应力条件下工作3。它的合金粉末在制造航空发动机润 轮盘上有重要的应用 由于镍基高温合金在工业上应用广泛,众多的学者对镍基高温合金进行了研究。钢

22、 铁研究总院的国为民等人力对镍基粉末高温合金的组织、性能与成型及热处理工艺关系 进行了研究,他们发现冶金工艺、热处理工艺及内部缺陷都对镍基粉末高温合金组织与 性能产生直接的影响。中国矿业大学王会阳等人【8对镍基高温合金材料的研宄进展进行 了阐述,主要从力学性能、氧化行为、疲劳行为和高温蠕变行为这几个方面进行了研究。 -1 - 等离子堆揮碳化妈强化镇基合金组织与性能研宄 北京科技大学吴凯等人对镍基高温合金的高温蠕变及固溶冷却速度和前处理对線基 粉末高温合金组织与硬度影响进行了研宄。关于蠕变,他们认为if变阻力是影响铸造镍 基高温合金螺变机制的重要因素。关于固溶冷却速度和前处理,他们认为冷却速度越

23、快, 合金硬度越高,失效后硬度增高越多。钢铁研究总院的张室等人对镇基粉末高温合 金的缺陷进行了分析研究,认为镜基高温合金粉末中的夹杂物、空心、包裹粉、氧化污 染粉等异常颗粒是成型后合金中缺陷的隐患。山东大学的杜劲等人对镍基粉末高温合 - 金的铁削加工进行了研究,得到了镍基粉末合金的统削力和统削温度的经验公式。 (2)镍基耐独合金 、 镍基耐烛合金在工业上应用广泛,其优点如图1.2所示,现对常用的镇铜合金和镜铬 合金这两种耐烛合金作简单介绍。在国内,常用的两种镍铜合金牌号分别为 Ni68Cu28Fe和Ni68Cu28Al。对Ni68Cu28Fe镍铜耐烛合金而言,其组织结构为典型的单 相奥氏体组织

24、,没有金属间相析出,不存在由于复相合金不同相间电偶反应而引起的腐 烛。在大气中,它具有极高的耐烛性,在天然水和蒸馆水中,其耐烛性也是极佳的,在 有空烛-磨烛条件下,其耐烛性更显优越性,可用于制造螺旋奖、泵轴、冷凝器传热管 和叶轮等。然而,在亚硫酸中,它容易受到腐烛,不能用于处理亚硫酸溶液和造纸工业 中的亚硫酸!?。对Ni68Cu28A丨镍铜耐烛合金来说,相对于第一种镇铜耐烛合金而言,它 具有更高的强度和硬度,主要是由于该合金存在金属间化合物沉淀,能起到沉淀强化作 用。该镍铜耐烛合金主要用于泵轴、叶轮、输送器刮刀、油井钻环、弹性部件和阀塾等。 当Ni中添加10%以上的Cr时,便得到了耐烛性和抗氧

25、化性较好的镜铬合金。根据Cr 的添加量不同,可对镜铭耐烛合金进行分类。常用的镍络耐烛合金的牌号有: 0Crl5Ni75Fe、0Cr23Ni63Fel4Al、0Cr20Ni65Ti3AlNb、O0Cr3ONi6OFelO、0Cr35Ni65等 合金。0Crl5Ni75Fe镜铬合金具有较好的耐烛、耐热、抗氧化、加工及煙接等性能特点, 广泛应用于化学等工业中,例如用于制造加热器、蒸发器、蒸馆塔、冷凝器等设备上, 它也是轻水堆核电厂的重要结构材料;0Cr23Ni63Fel4Al镍络合金在氧化性酸中具有较 好的耐烛性,同时也具有较好的抗氧化性能和抗硫化性能,它主要用于加热设备、化学 工业、航空航天以及动

26、力工业中;0Cr20Ni65Ti3AlNb镍基耐烛合金主要特点是在氧化性 介质中具有良好的耐烛性和耐磨性,主要用于耐烛条件下,例如制造有稀硝酸腐烛并有 振动、撞击条件的计量栗截止球阀;0OCr30Ni6OFel0镍铬合金是一种专用合金,主要用 于轻水反应堆核电站制造蒸发器传热管,以解决不锈钢等材料出现的应力腐她问题; 0Cr35Ni65镇基合金最大特点在于既耐强氧化性酸的腐烛,也耐高温气体的热腐烛,它 一般用于制造耐HN03、HN03+HF混酸的容器、管道、塔和槽等,也用于核化工工业中。 -2 - 一 :? &女f白勺而寸t虫十生含巨 罈入其,付合强度高、塑朝性好 金的悦点ri冶炼和铸

27、造性能好 H冷热变形和加工能力强 图1.2镍基耐烛合金的优点 Fig. 1.2 The advantages ofNi-based corrosion resistant alloy (3)镇基耐磨合金 镍基耐磨合金通常是以涂层的形式应用于工业上,制备耐磨镜基合金涂层的常用方 法有电键、化学键、激光溶敷、等离子堆煌、真空溶结和喷烤等手段。由于等离子堆燥 和激光溶敷母材稀释率小、界面成型好、生产效率高和易于实现自动化,故常用来制造 镍基耐磨合金堆燥层。 镍基耐磨合金具有较好的耐磨性能,这是由镍基合金的显微组织决定的。镍基合金 的微观组织主要由枝晶组织和枝晶间组织构成,枝晶间组织主要是一些富铬硼化

28、物和富 铬碳化物,它们都具有很高的硬度。C.Sudha等人15釆用等离子堆燥技术在304L不诱钢 表面堆煌镍基耐磨合金,在富含大量针状组织的碳络化合物区域,硬度高达700VHN。 D.Kesavan等人对镇基的高温磨损性能进行了研究,发现随着测试温度的提高,镇基 耐磨合金的耐磨性能提高了,在823K?的温度下,堆燥层的耐磨性能最好。E.Fernandez 等人17对激光馆敷镍基合金的耐磨性能进行了研宄,发现在不同的载荷作用下堆烤层的 磨损机制不一样,低载荷的磨损机制为氧化磨损,高载荷的磨损机制为粘着磨损和氧化 磨损。 1.1.2合金元素对镜基合金的影响 在钢铁中加入合金元素,能改变材料的工艺性

29、能和使用性能。这是因为添加合金元 素后,合金元素与钢中其它元素发生相互作用,改变了钢中各相的稳定性,并产生了许 多新相,从而改变了原有组织18。在镍基合金中加入合金元素,也能改变镜基合金的诸 多性能,下面简单介绍主要合金元素对镇基合金的影响 (1)钴、铁、猛。它们在一定的温度范围均能与镇形成彼此无限连续固溶体相,均能 - 提高镍的热电势。钻提高镍的硬度及热稳定性。铁、猛能显著降低镍的膨胀系数,铁还 可以通过置换部分镍,降低成本和提高废料利用率,猛能消除硫和碳的有害影响。 (2)络。络在镍中的固溶度可达40%,是许多耐烛及高温镍基合金的重要元素。在耐 烛性方面,它能改进在氧化性腐烛介质中的耐独性

30、,提高耐局部腐t虫性能。在提高高温 -3 - 等离子堆燥碳化鹤强化镇基合金组织与性能研究 性能方面,它能显著提高镜的热强性与热稳定性,并大大提高镍的电阻系数,降低电阻 温度系数。 (3)绍、I太、娃。它们在镍中的溶解度不大。销能提高镍在高温下的抗氧化能力及热 强性。铁能改善燥接热影响区和耐晶间腐烛的性能,并且能显著提高镍的热强性、电阻 系数、热电动势及再结晶温度。提高硅含量(>4%)能提高镍基合金的耐氧化性矿物酸、 硫酸和硝酸腐她的性能,还能提高镍的硬度、强度、电阻系数与耐热性,但含量过高则 会降低塑性。 (4)碳、硼。碳和硼的含量能显著影响碳化物和硼化物的析出量,少量的碳能偏聚于 晶界

31、,形成细小二次相,能有效降低裂纹形成倾向,但碳含量过高,易使得晶界变脆, 裂纹易于扩展,降低合金性能;少量硼对合金的塑性和螺变强度有利,并且能够显著减 小持久缺口敏感性,硼含量过高易降低合金塑性和高温持久性。 1.2碳化销 在表面堆辉技术中,为了进一步提高合金堆燥层的耐磨性,通常在堆煌合金中加入 一定量的硬质粒子,被选用的硬质粒子要求在基体中有较小的溶解度,并且溶点比基体 合金要高,由于碳化鹤具有众多的优点,故通常作为硬质粒子加入到镍基合金和钴基合 金中2卜26)。 1.2.1碳化铭的分类及优点 根据碳化妈的获得方法不同,可将其分为铸造碳化鹤、烧结碳化鹤和单晶碳化妈三 类27_29;根据碳化销

32、的形态不同,又可将其分为球形碳化鹤和不规则碳化鹤两类21。图 1.3表示碳化鹤作为硬质粒子的一些优点,正是由于碳化鹤具有这些优点,碳化销才作为 一种硬质粒子广泛添加到其它合金粉末中 碳化鹤 的点 i 丨I I I j i if 丨可 n Q D mWi ftS 烛i偉3 S當S有塑被湿 性性S 1 I f 一性合 if ifj Q n H 图1.3碳化鹤的优点 Fig. 1.3 The advantages of tungsten carbides 4 - 1.2.2碳化鹤的应用 在表面改性激光堆捍和等离子堆焊过程中,碳化鹤通常作为硬质粒子添加到合金堆 辉层中,目前研宄比较多的都是向镍基合金和

33、钴基合金中加入碳化鹤硬质颗粒,这是由 于镍基合金和钴基合金对碳化鹤有良好的润湿性,在磨损过程中,碳化鹤在基体中起抗 磨作用,基体能防止碳化鹤裂纹扩展和承受一定的冲击载荷作用34?本课题也是基于此 而展开研宄的。 在镍基合金中加入碳化鹤进行等离子堆辉时,Tonya Brett Bunton Wolfe等人认为 会在堆捍层中形成四个区域,这四个区域的碳化鹤含量不一致,在堆焊层中部和靠近溶 合线处碳化鹤含量较多,溶合线处碳化鹤含量次之,堆捍层顶部碳化鹤含量最少。并且, 由于等离子弧温度较高,在堆捍过程中,部分碳化鹤会发生溶解,溶解后的碳化鹤与基 体中的元素发生冶金反应,生成新的析出相。A.Liu等人

34、研究了在等离子堆淳时碳化 鹤的分布与溶解,他们发现碳化锡在堆辉层中的分布依赖于络池的凝固速度,并且球形 碳化鹤更容易进入到溶池中,而不规则碳化鹤一般位于合金堆捍层的上部,这种差别的 产生是由于球形碳化鹤在溶池中的流动性比不规则碳化鹤的流动性要好。在激光熔敷方 面,也有众多的文献研究添加碳化鹤后線基合金溶覆层的组织与性能的变化,并且研究 性能变化主要集中在耐磨性能和耐烛性能方面 1.3摩擦磨损 两个在接触状态下作相对运动的物体,因接触而阻碍相对运动,并使运动速度减慢, 这种现象称为摩擦。物体表面相互摩擦时,材料自该表面逐渐损失的过程称为磨损。磨 损是伴随摩擦而产生的,一般来说,有摩擦就会引起磨损

35、,同时,磨损也是一个复杂的 过程酬。 1.3.1磨损的分类 引起磨损的原因有很多,既有力学因素,也有物理和化学因素,很多因素如摩擦副 材料、润滑条件、加载方式和大小、相对运动特性等也影响磨损量的大小,所以磨损是 一个十分复杂的系统过程。目前还没有统一的分类方法,但通常的分类方法有三种,如 图 1.4 所示 -5 - 等离子堆辉碳化玛强化镜基合金组织与性能研究 磨损 ,、J I 按发生歴损 按发屯磨损 的衷面接触的环境及介 性质划分 质划分 J_ 丄r-L J-, r-L, r-L r-J, n-J, r-Li 金金金 接 流 M平M 點:磨磨触冲微冲 T-湿i 金磨流着:粒烛疲烛动击 磨磨:睫

36、屈粒体磨I磨磨劳磨磨磨 损彳贝.损磨损丨损损磨损损损 ; 损损损 损 图1.4磨损的分类 Fig. 1.4 The classification of wear 1.3.2磨损机理 关于磨损机理的研宄,不同的学者提出了不同的理论,他们各自的理论都是建立在 一定条件的基础之上,下面将简单介绍三种比较常见的磨损理论46。 (1)磨损的剥层理论 美国麻省理工学院的教授N.P.Suh最早提出磨损剥层理论,它分析了磨损时金属的 塑性变形与断裂行为,这一理论的基础为金属的位错理论148。根据剥落坑外形特征,可 以划分为三种剥落形式,分别为:点烛、浅层剥落和深层剥落。点烛主要发生在接触表 面下的最大切应力处

37、,它是由于位错在次表层运动,从而在夹杂物或晶界等障碍处发生 堆积。在滚动接触过程中,剪应力方向不断发生变化,位错运动方向也随之发生变化, 由于位错的切割,形成空穴,空穴集中而形成空洞,最后演化为裂纹,裂纹在载荷作用 下发生扩展,当扩展至表面时,便形成点烛。表面接触应力较小,摩擦力较大或表面质 量差时,容易产生点烛47。在纯滚动或摩擦力很小情况下,此时次表层的切应力最大, 更容易形成裂纹,当裂纹沿着平行于表面的方向扩展时,易形成薄而长的剥落片,此时 就发生了浅层剥落,第二相硬质点和夹杂物都能促进浅层剥落,材料表面粗糙度比较低, 也易出现浅层剥落。当裂纹位于材料硬化层与心部交界处时,此时该处的最大

38、合成切应 力高于材料的塑性变形力,容易造成大块剥落,最终形成深层剥落。对于一些表面硬化 而心部强度太低,硬化层深度不合理,梯度太陆或过渡区存在不利的应力分布的部位, 容易形成深层剥落。 (2)磨损的疲劳理论 -6 - 当两个接触体相对滚动或滑动时,在循环变应力作用下,超过材料疲劳强度极限, 产生裂纹,并逐步扩展,造成材料剥落,形成疲劳磨损。材料发生破坏时,由于其应力 循环次数远低于弹性接触条件下的循环次数,因此,也经常称为低循环疲劳破坏。 最早提出疲劳磨损理论的学者是苏联的克拉盖尔斯基他提出来的理论包含以 下几方面:(a)两磨损面发生摩擦,接触的部分是不连续的,众多的接触点组成实际的磨 损面,

39、这是由材料实际表面存在着粗糙度决定的;(b)接触点由于有法向应力作用,它会 产生局部应力和塑性变形;(C)两接触表面产生相对滑动时,摩擦力将导致接触区材料性 能发生变化,同时,在交变应力循环作用下,接触区材料将发生疲劳损伤,材料因疲劳 损伤而被削弱,最后形成磨屑脱落,使材料发生破坏。 (3)磨损的能量理论 磨损能量理论认为材料出现磨损的主要原因是能量的转化造成的,最早提出该理论 的学者是弗利舍尔(G.Fleisher)。 磨损过程是一种能量产生与消耗的过程,摩擦功表征的是输入到摩擦副的能量与输 出能量的差值。对金属材料来说,摩擦功的去向有两个,一部分摩擦功以潜在的内能形 式积蓄在材料中,这部分

40、的摩擦功相对比较小;摩擦功主要去向为促进材料的塑性变形, 并最终以热能的形式散失。为了使磨屑与基体材料分离,材料必须积累足够的内能,当 材料的内能增大到一定值时,储存的能量超过材料结合键的键能,材料表面便产生破坏 而形成磨屑,出现磨损。 1.3.3影响磨损的因素 影响金属的磨损因素非常多,并且不同的磨损机理,其影响的因素不同,表1.1为常 见的几种摩擦磨损机理及其影响因素的汇总 表1.1不同磨损类型的影响因素 Tab. 1.1 The influence factors of different types of wear 磨损类型 影响因素 rzTi 它与载荷、滑动速度、温度、材料性能、表面

41、粗糙度及表面膜状态等因 點着磨fcj 素有关 它与载荷、mmm.磨粒和材料表面相对速度、温度、材料成分、材 k 料组织及材料性能等因髓关 它与材料自身性质(如弹性模量:,硬度等)、工况条件(如磨粒,冲度, 冲烛磨fe 冲烛角度)等因素有关 腐烛磨损 它与环境、温度、介质、载荷、滑动速度和润滑条件等因素都有关系 微动磨损 它与载荷、振动、频率和循环次数、环境、润滑及材料性质等因素有关 -7 - 等离子堆燥碳化妈强化擦基合金组织与性能研究 它与载荷、热处理组织、表层性质(如硬度、残余应力等)、冶金质量、 麵纖戯猶条件有关 1.4等离子弧堆爆 等离子弧堆焊技术是利用氩气转移型弧作为主要热源,填充金属

42、合金粉末或煙丝, 在工件表面形成溶池,冷却得到性能优良的堆辉层的一种辉接方法。按照电源连接方式, 等离子弧可分为转移型弧和非转移型弧,转移型弧在电极和工件之间燃烧,非转移型弧 在电极和喷嘴之间燃烧_。等离子弧与其它一般电弧的主要区别在于,一般电弧是自由 弧,等离子弧是压缩弧,等离子弧在喷嘴处受到热压缩、机械压缩和电磁压缩作用,这 三种压缩效应使得等离子弧的弧柱温度和能量密度大大地提高,图1.5为等离子弧堆煙相 对于其它堆輝技术的优点54_58。 H 揮道平整,工艺稳定 H燒层组织均匀缺陷少 温度高,能量集中 等禽子孤谁I H 电弧稳定,可控性好 燥的点厂H 堆揮材料范围可选 母材稀释率禾口变形小