La2O3对耐磨层金属粒状贝氏体组织及耐磨性的影响外文翻译资料

 2022-07-29 15:05:04

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La2O3对耐磨层金属粒状贝氏体组织及耐磨性的影响

王亚军,陈继刚,杨 健,郝飞飞,淡 婷,杨育林,杨庆祥

（1.燕山大学冶金材料科学与技术国家重点实验室，秦皇岛066004; 2.机械工程学院，

燕山大学，秦皇岛066004; 3.资本航空航天机械公司，北京100076）

2013年7月10日收到; 2013年9月2日修订

摘要：本文的目的是研究La2O3对硬质合金层金属颗粒状贝氏体组织和耐磨性的影响。 制备具有不同含量的La2O3的表面硬化层金属，通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（TEM）观察表面硬化层金属的微观结构，分别测量耐磨层金属的硬度和耐磨性。结果表明，随着La2O3含量增加，颗粒状贝氏体的含量增加，而马氏体的含量增加，残余奥氏体的含量没有明显变化。当La2O3含量为2.55％（重量百分比）时，表面层状金属中的粒状贝氏体的体积分率为73.2％。同时，耐磨层金属的耐磨性能最好，为12100min / g。LaAlO3的面（100）与delta;-Fe的面（100）之间的失配为7.1％。 因此，LaAlO3可以作为中等有效的delta;-Fe异质核，可以细化粒状贝氏体。

关键词：La2O3; 粒状贝氏体; 耐磨性; 异质核; 稀土

在1920年，罗伯逊在中温等温过程中发现了转变微观结构，定义为贝氏体[1]。 一些研究人员证明贝氏体钢具有良好的综合性能[2-4]。 近年来，含有定向马氏体-奥氏体（M-A）成分和板条铁素体（LF）的粒状贝氏体在钢中表现出良好的性能。因为颗粒状贝氏体钢具有更好的耐磨性，因此被认为是候选材料，并已成功应用[5-7]。

为了提高钢材表面的性能，商业上应用了焊接硬化技术[8]。如果硬质合金层金属组织由贝氏体组成，其综合力学性能如强度和韧性，可大大提高。然而，钢中的贝氏体通常是在等温加工过程中得到的，在连续的冷却过程，难以在表面硬化过程中获得贝氏体。

此外，钢的强度取决于晶粒尺寸，并且较高的磨损表面硬度被认为具有高得多的耐磨性[9-11]。 已经确定，如果晶粒尺寸可以减小到1-2mu;m，则韧性和强度均显着提高[12]，已被广泛证明[13-16]。稀土（RE）可以大大影响晶粒尺寸。同时，它可以通过微合金影响沉淀相的形状，尺寸和分布。 已经进行了许多研究，以研究RE对钢铁性能的影响[17-19]。 此外，研究表明，贝氏体/马氏体微结构在硫化物应力开裂（SSC）和氢诱发裂纹（HIC）敏感性方面表现最好[20,21]。然而，关于稀土元素对含有硬质合金的贝氏体含金属层的金属组织和耐磨性的影响的报道很少。

稀土元素非常活跃，甚至在空气中氧化。 本实验中选择不锈钢稀土元素，因此选择La2O3（稀土氧化物）。 系统地研究了不同含量的La2O3对耐磨堆焊层金属颗粒状贝氏体组织和耐磨性的影响，以了解不同含量的La2O3与粒状贝氏体的精细化之间的关系。

1 实验

制备了具有不同含量的La2O3的表面硬化贝氏体钢的表面硬化层金属。外涂层的粉末由铁铁素体，镍粉，铁锰，钼铁等组成。添加的La2O3分别为0％，0.87％，2.55％，4.18％。 耐磨消耗品的核心钢由H08A的低碳钢制成，其组成如表1所示。

由Q235的低碳钢板制备了表面硬化层金属的基体金属，并将三层焊接在所有样品上。 焊接参数如表2所示。金属和表面硬化层金属的化学成分见表3。

为了分析La2O3含量对硬化层金属的显微组织和耐磨性的影响，通过Axiovert 200 MAT光学显微镜（OM）观察显微组织（由1体积的混合醇溶液和焦亚硫酸钠和4％苦味酸腐蚀）。通过Hi-tachi 3400场致发射扫描电子显微镜（FESEM）在金相抛光后被4％硝酸醇腐蚀后观察到显微组织和磨损形态。相结构通过D / max-2500 / PC X射线衍射（XRD）测定，角度为20°至120°，扫描速度为4°/ min。 通过能量色散X射线光谱测定法（EDS）分析各相的组成。 通过Jem 2010透射电子显微镜（TEM）检查粒状贝氏体（M-A成分和板条铁素体）。

2结果

2.1微结构表征

2.1.1 SEM观察

具有不同含量的La2O3的耐磨层金属的微结构如图1所示。 主要由粒状贝氏体，马氏体和残余奥氏体组成。 随着La2O3含量的增加，粒状贝氏体的含量增加，而马氏体的含量减少，由于在这里不能很好地观察到再生奥氏体，所以稍后再讨论。同时，贝氏体颗粒细化。 当La2O3含量为2.55％时，耐磨层金属颗粒状贝氏体分布均匀。 然而，当La2O3的含量为4.18％时，粒状贝氏体的量减少，粒状贝氏体的尺寸再次增加。

2.1.2 XRD分析

图 2是耐磨层金属的XRD分析。 由此，不同含量的La2O3的耐磨层金属中的相是alpha;-Fe和gamma;-Fe，这表明通过添加La2O3不能改变耐硬化层金属中的相结构。

2.1.3相位定量计算

为了定量测定不同含量的硬质合金层的金属组织，采用彩色金相法对样品进行了蚀刻。 具有2.55％La2O3的耐磨堆焊层金属的微观结构如图图3（a）所示。 蓝色区域是贝氏体，白色区域是再生奥氏体，浅棕色区域是堇青石。 由金相光学显微镜的图像分析软件计算，贝氏体积分数为73.2％。 然而，由于还原奥氏体和马氏体的颜色彼此相似，马氏体和奥氏体区域的量小，这不能由软件定量确定。

为了确定保留的矾土的含量，含2.55％La2O3的耐磨层金属的XRD分析如图1所示。图3（b）。

残余奥氏体的体积分数可以从下式得到：

Vgamma;=1.4Igamma;/（Ialpha; 1.4Igamma;）（1）其中Vgamma;是残余奥氏体的体积分数; Igamma;是gamma;-Fe的面心立方相的晶体衍射峰{200}，{220}和{311}的平均积分强度; Ialpha;是包含马氏体和贝氏体的alpha;-Fe体心立方相的晶体衍射峰{211}的积分强度。

从计算结果来看，再生奥氏体的体积分数为12％。 因此，Martensite的体积分数为14.8％。 通过这些方法，计算了粒状贝氏体，马氏体和残留奥氏体的量。 而贝氏体颗粒的数量增加，而马氏体的含量减少，残留奥氏体的含量也不明显变化。

图4显示出了表面层状金属中不同相的分布，即粒状贝氏体，马氏体和残余奥氏体。 随着La2O3含量的增加，贝氏体的含量增加，而马氏体的含量减少，残留奥氏体的含量不明显变化。

2.1.4 TEM观察

表面硬化层金属颗粒状贝氏体的TEM如图1所示。 白色区域是铁素体铁素体（LF），黑色区域是M-A成分。 很明显，观察板条铁素体与M-A成分平行取向。

当La2O3的含量为零时，板条铁素体和M-A成分的M-A成分的宽度约为500nm，如图5（a）所示。 然而，当La2O3的含量为2.55％时，板条铁素体和M-A成分的宽度仅为300nm，窄于La2O3含量为零时的宽度，如图5（b）所示。 因此，木筏铁素体被精炼，并且M-A成分在加入La2O3时尺寸更均匀。

图 1具有不同含量La2O3耐磨层金属的微结构

（a）0％; （b）0.87％; （c）2.55％; （d）4.18％

图2 具有不同含量La2O3耐磨层金属的XRD图谱 图3对2.55％La2O3表面硬化层金属进行定量分析

（a）颜色微观结构; （b）2.55％La2O3添加剂的XRD分析

图 4具有不同含量La2O3耐磨层金属中相的体积分数 图 5具有不同含量La2O3耐磨堆焊层金属的TEM

（a）0％; （b）2.55％

2.2耐磨耗测量

耐磨层金属的硬度随着La2O3含量的增加而增加。 当La2O3的含量为零时，耐硬化层金属的硬度为HV362。当La2O3的含量为0.87重量％时，硬度增加到HV380。当La2O3的含量为2.55％时，硬度最大（HV387）。 然而，当La2O3的含量增加到4.18％时，硬度降低到HV360。

耐磨性是表示摩擦条件下磨损量的符号。 在磨损量的概念上存在缺陷，因此磨损率omega;用于表征耐磨性。

ε= 1 /omega; （1）

omega;=(m0 –m1 )/t （2）

其中ε是耐磨性; omega;是磨损率; m0是初始质量; m1是最终质量，t是时间。

具有不同含量La2O3的耐磨层金属的耐磨性如图1所示。从而耐磨层金属的耐磨性随着La2O3的含量的增加而增加，当La2O3的含量为2.55％时，耐硬化层金属的耐磨性最大。

磨损后耐磨面层金属的形态如图7所示。从图7可以看出，耐磨层金属表面的沟槽越来越短，随着La2O3含量增加，磨损碎片的数量变小。当La2O3含量为2.55％时，耐磨表面金属的磨损表面最平滑。而当La2O3含量为4.18％时，磨损表面的沟槽再次增加。

3讨论

3.1添加剂对CCT曲线的影响

表面硬化过程是连续冷却过程，因此在表面硬化过程中表面层金属的相变可以通过连续冷却转化（CCT）曲线来表示。参考[22]给出了具有和不具有RE添加剂的Mn-RE钢的CCT曲线。由此，耐磨层金属温度为386℃。而使用稀土添加剂的温度降至370℃。以相同的冷却速度，Ms的温度越低，马氏体的量就越小。此外，稀土添加剂可以显著延迟铁素体相变曲线，因此可以容易以大的冷却速度获得贝氏体。此外，稀土添加剂可以阻碍碳扩散，提高奥氏体晶粒中碳浓度的差异，稀土添加剂可以促进贝氏体转变[23]。 因此，表明在具有稀土添加剂的表面层金属中，贝氏体的量增加，马氏体的量增加。

3.2纳入分析

通过扫描电子显微镜和EDS分析含2.55％（重量）La2O3的表面硬化层金属，如图1所示。 从图 8（a）可看出包含是循环的。 从光谱图中可以看出，La，Al和O的峰值存在于夹杂物中，因此被认为是LaAlO3，与参考文献中的相似[24]。

3.3 LaAlO3与delta;-Fe之间的二维失配计算

根据Bramfitt [25]提出的二维不对称理论，计算了LaAlO3与delta;-Fe之间的失配，以估计LaAlO3是否可以作为delta;-Fe的异质核。 该方程式如下：

其中（hkl）s是衬底的低折射率平面; [uvw]是（hkl）s中的低折射率方向;（hk

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