Fe基纳米结构堆焊耐磨性的研究外文翻译资料

 2022-07-29 15:04:44

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Fe基纳米结构堆焊耐磨性的研究

Agustiacute;nGualco a，Hernaacute;nG.Svobodab，EstelaS.Surian

文章信息

文章历史：

收到于2015年9月28日

以修订形式收到

2016年4月7日

接受于2011年4月11日

2016年4月19日在线

摘要：在过去几年中，已经开发了几种消耗材料，其沉积具有高耐磨性的硬纳米结构的铁基合金。焊接金属的微观结构通常表现出焊接过程的变化，特别是与热输入，层数和保护气体类型有关。这项工作的目的是研究通过FCAW工艺沉积的纳米结构铁基合金的显微组织演化和耐磨性。使用3.5kJ / mm的热输入，在Ar-20％CO2屏蔽下没有保护气体沉积四个具有一层和两层的样品。对于每种条件，使用光学和电子显微镜和X射线衍射测定化学组成并研究微结构。测量显微硬度和磨料耐磨性。根据层数，发现沉积物的显微硬度在780和1020HV2之间。第一层和第二层之间的化学成分有变化。讨论了磨损试验结果与化学成分，微结构和显微硬度有关。

关键词：堆焊 纳米材料 层数 显微 磨料磨损

介绍

具有纳米微结构尺寸的材料称为“纳米结构材料”（NM）。 这些NM的综合性，特色化和加工是快速增长的紧急材料市场的一部分。最近并且特别在焊接领域，各种相关的研究已经开发出具有亚微米晶粒结构的铁基合金。它们的微结构具有一定的纳米尺度特性，显示超出微晶正常晶粒材料的特性[1-5]。

在这个意义上，即使只有一个焊接层，也可以开发产生具有优异耐磨性的纳米结构沉积物的焊剂弧焊（FCAW）管状焊丝，达到70HRC的硬度值。[1] 这种高硬度与基体的非常小的微晶尺寸相关，范围在30至100nm。这些纳米微结构材料存在超硬沉淀物如铌，硼或钨的碳化物或铬的碳化硼，提高耐磨性。它们适用于新的或使用过的零件或部件，以提供特定的性能，如耐磨性和粘合剂磨损，腐蚀，氧化及其组合[6,7]。最近的统计数据显示，在潮湿的环境下，土方工程或采矿和矿物加工中使用的设备中有50-60％的设备受到高压和低压的侵蚀或刻痕而磨损[6-8]。

FCAW沉积物的耐磨性取决于几个因素，但主要取决于微观结构，这些因素决定了它们的性质[6,7]。同时，热输入，层砂数量，保护气体的类型对凝固和焊接金属的稀释有很大的影响。上述工作[9-11]表明，化学组成和沉积物的微观结构都因为热输入和层数的增加而产生了变化，于是性质也变化。在纳米结构焊接沉积物中，已经观察到，与原始设计的微结构相比，稀释沉积物具有不同的化学组成，其导致基体的不同沉淀和微晶尺寸[12]。另一方面，众所周知，当焊接过程中不使用保护气体时，电弧呈现较高的氧气压力，具有较高的几种元素（Cr，Mn，Si，Nb，V等）的氧化度，在沉积物中产生这些元素的较低浓度并且具有较低的耐磨性。作为制造商推荐使用的用保护气体或不使用保护气体的消耗品，本研究在两种条件下进行。本工作的目的是研究在分别有保护气体与没有保护气体通过半自动焊接工艺获得的Fe基纳米结构沉积物中的层数对稀释度，显微组织，显微硬度和耐磨性的影响。

图.1. 焊接顺序。单位：mm。

表格1

制造商的全焊接金属化学成分规格（％wt / wt）。

C

Mn

Si

Cr

Nb

B

lt;2

lt;2

lt;2

lt;18

lt;6

lt;6

表格2

焊接参数

鉴定

层

保护气体

电弧电压（V）

电流强度（A）

焊接速度（mm / s）

热输入（kJ / mm）

A1

1

Ar-20CO2

35

300

3

3.5

A2

2

Ar-20CO2

35

300

3

3.5

O1

1

-

35

300

3

3.5

O2

2

-

35

300

3

3.5

图.2.XRD测量区域（12mmtimes;6mm）

材料和方法

2.1．焊件

所使用的消耗品是FCAW 1.6mm直径的管状导线。 一个Miggytrac系统被应用于火炬的运动。 表1显示了制造商的全焊接金属化学成分规格[13]。分别在有和没有Ar-20二氧化碳保护气体的情况下用1和2层焊接4个试样。根据以前的工作选择焊接参数[14]。焊接顺序为：第一层为4个珠，第二层为3个，如图1所示。有气体伸出的是18毫米，没有它的是25毫米。焊接参数以及样品鉴定见表2。通路间温度为150℃。

2.2. 化学成分和微结构表征

通过光学发射光谱法（OES）在最后一个珠粒中测定化学成分。通过等离子体发射光谱法（PES）对硼进行分析。通过能量色散X射线光谱（EDS）分析局部组成。通过光（LM）和扫描电子显微镜（SEM）在横截面上观察微结构。使用图像分析软件从珠的几何计算稀释度[12]。

在图1的阴影区域。 如图2所示，使用RIGAKU衍射仪进行X射线衍射（XRD）分析，其中Cu K-alpha;的辐射在35°和95°之间。通过相位分析软件，使用数据库和RIR（参考强度比）因子鉴定了当前阶段。微晶尺寸使用Scherrer方程[15]确定。

2.3. 显微硬度和磨料耐磨性

在横截面上，维氏显微硬度（HV2）确定在距离顶部1mm处进行，在凹凸之间具有2mm距离的水平轮廓中进行。根据ASTM G65-15方法A，使用干砂/橡胶砂轮装置进行磨损磨损试验。从单层和双层沉积物切割长25毫米宽和75毫米的长磨损试样。试样的粗糙度为0.2mu;m。 轮的转速为200rpm，砂的流速为320g / min，施加载荷为130N，经4309m后，每种条件下试样的重量损失平均值为3次，磨损量为3次。

3．结果与讨论

3.1．外观检查

在图 3显示了第一层的表面特征。在所有的样品中，观察到飞溅物和渣的含量都很低。 大多数珠子都含有由应力消除产生的裂纹，这对于这种沉积物是正常的

图.3.外观第一层

图. 4.焊接试样的横截面：一层焊接（a）Ar-20CO2和（b）无保护气体;两层焊接（c）Ar-20CO2和（d）无保护气体

3.2．宏观分析

图4显示不同样品的宏块，其中除了所述裂纹之外，不存在宏观缺陷，孔隙或夹杂物。

图4显示，在没有保护气体的情况下焊接的样品中的穿透率较低。这可能与喷雾到球状排斥的转移模式的变化有关。通常使用这种类型的消耗性和非常大的悬浮球状的球状排斥转移 “靴子”可能在线尖端形成[16]。

没有保护气体沉积的珠的宽度高于在气体下焊接的样品的宽度。这是由于增加的伸出产生较高的熔化速率[16]和较低的电弧压力，因此珠有更高的宽度。作为使用保护气体的结果，操作特性没有重要的差异。对于没有保护气体的焊接样品，稀释度为35％和28％。观察到焊接无气体保护的样品的稀释度较低，这可能与较高的材料沉积和较低的渗透率有关[6,14]。

3.3．化学成分

表3列出了从每个样品获得的化学成分结果。

对于所有样品，沉积物在系统内Fe（Nb.Cr） - （C.B）中呈现高合金元素。

在2层样品中检测到较高的C，Cr，Nb和B含量，特别是在没有气体保护的情况下焊接的样品中的Cr。 这与以前的论文[14]中报道的一致。这可能主要与稀释（35％和28％）有关，并且与没有保护气体的样品中较高的氧化程度相关。在这个意义上，更高的伸出产生了熔化速率的增加，并且作为结果导致氧化时间延长。

表3

各样品的化学组成（％wt / wt）。

C

Mn

Si

Cr

Nb

B

Fe

A1

0.76

0.31

0.93

11.60

2.74

4.60

Bal.

O1

0.81

0.34

0.97

12.23

2.69

4.60

Bal.

A2

0.86

0.37

0.97

13.55

2.84

4.92

Bal.

O2

1.00

0.27

0.97

14.55

2.79

4.95

Bal.

Base metal

0.11

0.58

0.16

-

-

-

Bal.

表4

阶段的量化

试样

alpha;-Fe [％]

M23（BC）6 [％]

M7（BC）3 [％]

NbC[％]

A1

55plusmn;3

18plusmn;1

26plusmn;1

1plusmn;0.5

O1

48plusmn;3

26plusmn;1

25plusmn;1

1plusmn;0.5

A2

41plusmn;3

33plusmn;2

24plusmn;1

2plusmn;0.5

O2

36plusmn;2lt;

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