工程机械Ni35B―SiC电弧熔覆材料的实验性能

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【摘 要】正确选择和配制熔覆材料是电弧熔覆技术的关键环节.本文根据熔覆材料的研制试验,优选并配制了Ni35B-SiC系合金粉末,并对电弧熔覆层进行了物相分析和性能检测试验.试验证明,能够保证修复层有效的抵抗常规磨损、高温氧化磨损和腐蚀磨损.

【关 键 词】电弧熔覆；合金粉末；熔覆材料

电弧熔覆是材料表面熔融强化技术的一种新方法.它是利用高能密度的压缩电弧束将具有不同成分、性能的合金与基体表面快速熔化,在基体表面形成与基体成分、性能完全不同修复层的材料表面熔融强化技术.因此,正确选择和配制熔覆材料是电弧熔覆技术的关键环节.目前,熔覆材料匹配对熔覆层性能的影响方面的研究尚少.作为熔覆材料,Ni35B―SiC系合金仍具有很大的研究开发价值,在很大的范围内可以满足零件维修的需要.本文根据微量多元的合金化原则,采用Ni35B―SiC系合金及一些微量元素的配比,使熔覆层组织细化,具有高硬度、高耐磨性.

1.实验方法

1.1材料选择

以38CrSi钢板为基材,制成30×30×5mm3试块,表面磨光.熔覆材料：Ni35B+SiC.

38CrSi和Ni35B的化学成分见表l.

1.2实验内容

采用自制的送粉装置进行电弧熔覆,熔覆材料粉经200℃烘干4h在电弧热源下烧熔,电流125A、送粉量350～400mg/s,工件移动速度8.3-13.3mm/s,氩气流量10L/min,采用搭接熔覆,熔覆材料见表5.将上述熔覆获得的熔覆层分别在MM6卧式显微镜下进行显微组织分析；在HX-1000显微硬度计下进行熔覆层硬度及熔覆层与基体结合界面附近硬度梯度检测；在SKODA快速磨损试验机上进行熔覆层快速磨损实验,比较其耐磨性；采用RigakuXJl―2/50晶体结构分析仪进行熔覆层物相鉴定；采用JEM―2000EX进行物相形态观测和结构鉴定.

2.实验结果

2.1显微组织检测结果

将获得的熔覆式试样沿垂直于熔覆层方向断开,对其横断面进行显微组织观察,其结果见图1.

2.2熔覆层及熔覆层与基体结合界面硬度检测结果

对上述显微组织分析试样分别进行熔覆层及熔覆层与基体结合界面硬度检测,其结果见图2.

2.3快速磨损实验结果

将熔覆获得的试样加工成：25×40mm2的快速磨损试样,熔覆层表面磨光,进行快速磨损实验.实验条件是：载荷15kg,行程3000转,转速675转/分,硬质合金磨轮直径30mm,宽度2.5mm.其结果见图3.

3.分析讨论

3.1熔覆材料成分对熔覆层组织性能的影响

从图1比较可以看出,随SiC的相对含量的增加,熔覆层中形成的双相或多相的共生组织数量增多,熔覆层组织有粗化的趋势.根据物相分析和电子显微分析结果表明,共生相是γ―Ni（Me）与γ―Ni5Si2组成,呈现出层状结构,随SiC的相对含量的增加γ―Ni5Si2的数量增多.γ―Ni5Si2还会在γ―NJ（Me）树枝晶界面以粒状形式析出.

X射线晶体分析结果表明,在熔覆层中不存在SiC或其量很少,以致于在衍射谱线上没有明显的衍射峰出现.原因是：熔覆时熔覆材料加热温度高,超过了SiC的分解温度而导致其分解,使Si与Ni在高温下形成了γ―Ni5Si2,而C被部分烧损,部分与Cr、B等其他合金元素一起溶解在γ―Ni（Me）中形成固溶体.根据图4f可以估计结晶形核时,有时可能以未完全分解的SiC为核心,形成丫―Ni5Si2,但这种情况很少.实验表明,熔覆层中没有碳化物和硼化物生成.

3.2SiC加入量对熔覆层性能的影响

硬度检测和磨损试验结果表明,随SiC的相对含量的增加,熔覆层硬度提高,界面附近硬度梯度增大,熔覆层的耐磨性增大.与其对应的显微组织形成良好的吻合.

3.3熔覆层的强化机制

实验结果表明,在所获得的熔覆层中均不存在SiC相,不存在SiC颗粒,熔覆层显微组织也不是SiC陶瓷组织.尽管如此,熔覆层仍具有很高的硬度,在本实验条件下,获得的熔覆层硬度随SiC加入量增加而线性增大.在SiC加入量为50%时,熔覆层硬度达到HV1080,使其表现出较高的耐磨性.根据物相分析和电子显微分析结果可以证明,造成熔覆层强度大幅度提高的原因是：①由于SiC的加入,产生了γ-Ni5Si2,随着SiC的加量的增大,γ-Ni5Si2数量增多,提高了熔覆层的强度和硬度.②由于SiC的加入,在γ―Ni（Me）树枝晶界面以细小的粒状形式析出,起到一定的弥散强化的作用.③由于SiC的加入,在γ―Ni（Me）基体上共格析出γ―Ni3Si,形成γ―Ni3SiGp区,使γ―Ni（Me）基体得到共格强化.④由于C、Cr、B等合金元素熔入γ―Ni（Me）基体中而使其获得固溶强化.

4.结论

（1）采用电弧熔覆Ni基自熔合金和SiC混合材料获得的熔覆层,具有较高的硬度.熔覆层的硬度和耐磨性随SiC的加入量的增加而增大.

（2）熔覆层中不存在SiC颗粒,熔覆层的强化是：形成了γ-Ni5Si2造成机械强化、弥散强化；在γ―Ni（Me）基体上形成γ―Ni3SiGp区得到共格强化和C、Cr、B等合金元素熔入γ―Ni（Me）基体中而使其获得固溶强化.

（3）经模拟海水腐蚀试验,熔覆层耐蚀性与基体相近.