探討多元合金鐵基堆焊層的熱處理工藝論文
摘要：
熱處理是提高堆焊材料綜合力學性能的有效手段，可充分發揮堆焊材料的潛能。為此，文章采用一種多元合金鐵基堆焊焊條進行堆焊，探討了該堆焊層在不同熱處理工藝條件下的組織和硬度，并確定出堆焊層合理的熱處理工藝。
關鍵詞：舍金鐵基;堆焊層;熱處理;回火;淬火
堆焊是用焊接方法在零件表面堆敷一層具有較高的高溫強度、耐磨性及良好的抗熱疲勞等性能材料的表面改性技術，已成功應用在修復軋輥、冷熱模具、齒輪等易損件上，并取得明顯的經濟效益。通過對多元合金鐵基堆焊層的組織、性能和熱處理制度之間的關系進行分析，研究了多元合金鐵基堆焊層的熱處理工藝。結果表明，加熱溫度在800℃一9500C范圍內，堆焊層經正火處理后的硬度值為32.5HRC一34.3HRC，而淬火后堆焊層的硬度隨加熱溫度的升高而增大，但回火穩定性較低。該堆焊層的最佳熱處理工藝應為焊后經560C×2h回火處理。
一、試驗材料與方法。
堆焊焊條的焊芯材料為H08A鋼，直徑為4mm，采用低氫型堿性藥皮，并在藥皮中加入適量的含W、Mo、Ni、Cr、V元素的各種合金粉及稀土氧化物制備出含稀土及多元合金鐵基堆焊焊條。用ZX-250型直流電焊機將自制的多元合金鐵基堆焊焊條在40Cr鋼上進行堆焊成試樣塊，其堆焊層的厚度為3mm一4mm。取一部分試樣在SX-4-10箱式電阻爐中分別進行不同加熱溫度和保溫時間的回火試驗。另取一部分試樣分別加熱到800、85,0、900、950qC保溫0.5h后，分別采用空冷(正火處理)和N32油冷(淬火處理)，然后再對經950'C油冷的試樣分別進行200、400、500、600C保溫2h的回火試驗。試樣處理完后，用砂輪將其表面磨光，用HR-150A洛氏硬度計測試不同狀態試樣的硬度值(取3塊試樣的平均值)，并結合Neophot21型光學顯微鏡和/max-rB型X射線衍射儀(XRD)對堆焊層顯微組織進行分析。
二、試驗結果與分析。
(一)焊后回火處理對堆焊層硬度的影響
堆焊層的焊態硬度為54HRC，低溫回火時堆焊層硬度值變化不大，當溫度為560℃時，其硬度(56.5HRC)略有提高，然后隨回火溫度的升高，硬度呈下降趨勢。堆焊層硬度隨保溫時間的延長而增大，當回火2h以后堆焊層硬度基本不變。從回火處理來看，該焊態堆焊層具有較高的回火穩定性和二次硬化現象，回火處理應為560C保溫2h。
(二)正火和淬火處理對堆焊層硬度的影響。
堆焊層在800℃.950℃范圍內正火，其硬度值隨加熱溫度的升高變化不大，為32.5HRC。34.3HRC;對油冷淬火處理來說，堆焊層硬度隨淬火溫度升高而逐漸增大，當淬火溫度為950qC時，其硬度達53.5HRC。堆焊層經950C淬火后用不同溫度回火2h所得硬度，可見堆焊層硬度隨回火溫度的升高而降低。由上述結果可看出，在本試驗范圍內，堆焊層經正火和淬火處理后的硬度均低于堆焊層焊態硬度值，且淬火后堆焊層的回火穩定性不如焊態堆焊層的回火。
(三)討論。
由于堆焊溫度較高，堆焊后，致使大量的W、Cr、Mo、V等合金元素在隨后的冷卻過程中來不及以合金碳化物的形式析出而保留在堆焊層的基體中，形成過飽和的馬氏體(M)和奧氏體(^y)，導致焊態堆焊層硬度較高。因為Cr、Mo、W和V都是碳化物形成元素，與碳原子的親和力強，在隨后的回火過程中，減慢碳的擴散速度，延緩了碳化物的'析出和長大，從而提高了回火過程馬氏體和殘余奧氏體的分解溫度;
同時，稀土元素化學活性強，與碳原子也有較強的親和力，因此，稀土元素的加入能阻礙和減緩C和合金元素原子的擴散，抑制碳化物的析出，其結果推遲了回火轉變的過程，故焊態堆焊層具有較高的回火穩定性。隨回火溫度的進一步的升高，由于殘余奧氏體轉變為馬氏體及細小的合金碳化物析出，導致堆焊層硬度有所升高，當回火溫度為560℃時，堆焊層的硬度呈極大值，出現二次硬化現象。由XRD分析結果(圖4b)可見，堆焊層焊態經560C回火后，堆焊層組織中奧氏體消失，但并無合金碳化物的出現，這可能是XRD精度低的緣故。
對隨后的正火處理來說，焊態堆焊層重新加熱到奧氏體化溫度時，部分固溶于過飽和馬氏體和奧氏體中的合金元素將以合金碳化物的形式析出，使基體中碳和合金元素含量降低，在隨后的空冷過程中堆焊層組織主要為珠光體和鐵素體(見圖3b)，故其硬度較低。對隨后的淬火處理來說，由于奧氏體中合金元素含量降低，其淬透性差，表現在800aC淬火時，淬火組織得不到馬氏體，其組織與正火組織相同，所以其硬度較低。隨加熱溫度的升高，析出的合金碳化物又重新溶人奧氏體內，淬透性增大，淬火態堆焊層組織中出現馬氏體(見圖3c)，堆焊層硬度有所提高。淬火溫度越高，溶入奧氏體中的碳和合金元素越多，淬火組織出現馬氏體的數量越多，淬火后其硬度也就越高，與試驗結果相符合。由試驗結果還可看出，淬火后堆焊層的回火穩定性較焊態堆焊層的回火穩定性低，這可能是淬火后堆焊層中馬氏體中含合金元素數量較焊態堆焊層中馬氏體中含合金元素數量少的緣故。
三、結論。
1、該多元合金鐵基焊態堆焊層組織主要為馬氏體和殘余奧氏體，具有較高的硬度和回火穩定性。
2、加熱溫度在800C一950C范圍內，對正火處理來說，堆焊層經正火處理后的硬度值為32.5HRC。34.3HRC;對淬火處理來說，堆焊層的硬度隨加熱溫度的升高而增大，但淬火處理后堆焊層的硬度和回火穩定性均較焊態堆焊層的低。
3、該多元合金鐵基堆焊層的最佳熱處理工藝應為：焊后經560℃保溫2h回火處理。
參考文獻：
[1]武宏，彭建鴻，許云華.WC/Mn13堆焊復合材料磨料磨損性能的研究[J].熱加工工藝，2007 36(7).
[2]鄒宏軍，何煥江，趙正東.型材軋輥堆焊技術及經濟性分析[J].焊接技術，2002，31(2).
[3]李文彬，官軍.鍛模的堆焊修復再利用[J].熱加工工藝，2006, 35(7).
【探討多元合金鐵基堆焊層的熱處理工藝論文】相關文章：