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碳化硼对自生颗粒增强奥氏体堆焊层组织和性能的影响

文章来源:无锡市苏桥特种钢管有限公司

 磨损是冶金、矿山、机械、电力、煤炭、石油、交通、军工等许多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因,也是造成经济损失最多的问题之一,研究和发展新一代抗磨材料,对国民经济具有重要的意义。传统的高锰钢堆焊焊条,是焊补修复的主要焊接材料,目前应用较多的是D256、D266、D276、D277和KD2286焊条。在焊接过程中提高高锰钢耐磨性的方法有两种:一是加入某些合金元素,在奥氏体基体上形成细小弥散分布的第二相粒子,靠位错与第二相粒子间的作用来提高加工硬化的效果;二是降低奥氏体的稳定性,在磨损作用下发生马氏体转变,提高加工硬化效应,提高工件的耐磨性。硼是我国富有元素,价格低而且稳定。与碳相比,在堆焊合金中硼与铁更易形成化合物,而且硼化物Fe2B与含硼碳化物Fe3(C,B)、Fe23(C,B)6的硬度与稳定性均普遍高于碳化物Fe3C。因此,在堆焊合金中添加一定量的硼对于提高耐磨性有十分重要的意义。本实验研究的内容是在D256焊条药皮中加入钛铁、钒铁、碳化硼和稀土,利用焊接冶金反应在高锰钢堆焊层中自发生成硼化物增强颗粒以提高其在中低载荷作用下的耐磨性。

实验材料为D256焊条、B4C、钛铁(Ti20%~35%,C≤0.15%,Al≤6%,Si≤4%,P≤0.1%,S≤0.06%)、钒铁(V50%~65%,C≤0.06%,Si≤2%,Al≤2.5%,P≤0.1%,S≤0.1%)、石墨、稀土,其粒度都是100目。自制的耐磨焊条的碳化硼含量分别为2%、4%、6%、8%。焊芯选用H08A,直径为3.2mm。制成规格为Φ4.0mm的焊条。然后采用140A电流在Q235钢板上连续堆焊三层,最后制成6mm×6mm×10mm的标准试样。
在D256焊条药皮中添加碳化硼后,堆焊层的组织主要由奥氏体+大量硼化物和碳化物颗粒组成。当碳化硼含量为6%时,奥氏体晶粒细化程度最好。在D256焊条药皮中加入6%碳化硼时,堆焊层宏观硬度达到56HRC,其熔合区硬度较加石墨的焊条提高了8HRC,较D256焊条提高了10HRC。在药皮中添加适量的碳化硼较只添加石墨能显著提高高锰钢堆焊焊条的耐磨性能。

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