轨梁轧辊表面激光熔覆改性技术(3) - 中国表面工程杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部- 中国表面工程

来稿应自觉遵守国家有关著作权法律法规，不得侵犯他人版权或其他权利，如果出现问题作者文责自负，而且本刊将依法追究侵权行为给本刊造成的损失责任。本刊对录用稿有修改、删节权。经本刊通知进行修改的稿件或被采用的稿件，作者必须保证本刊的独立发表权。一、投稿方式： 1、请从我刊官网直接投稿。 2、请从我编辑部编辑的推广链接进入我刊投审稿系统进行投稿。二、稿件著作权： 1、投稿人保证其向我刊所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、投稿人保证向我刊所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、投稿人向我刊所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。 5、投稿人授予我刊享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、第5条所述之网络是指通过我刊官网。 7、投稿人委托我刊声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。

轨梁轧辊表面激光熔覆改性技术(3)

作者:

关键词:

摘要：

3 熔覆层材料的设计、研究

3.1 物料特性

依据2.3 节结论，结合DB1 辊复杂的孔型形状，选择“激光熔覆工艺+同步送粉”工艺。因此，熔覆层物料的特征为：

1）形状。圆形细小颗粒，简称“粉料”，圆形表面积小、熔融能耗低，且流动性好，便于输送。

2）粒度。粒度过大，易发生“熔不透”，粒度过小，则易发生输送阻塞，因此粒度选择100～200 目。

3）物料组分。按化学成分设计要求的各元素进行配比、混合、干燥。

3.2 化学成分

Ⅱ类合金铸钢的主要元素包括：碳，碳化物形成元素和其他辅助元素。碳化物形成元素主要有：铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）等，辅助元素主要包括硅（Si）、镍（Ni）、硼（B）等。各元素在激光熔覆材料中的主要作用如下所述。

碳：碳化物形成元素，碳元素与铁元素形成正八面体晶体，相邻两个晶体共用2 个共价键，碳的配位数是6，铁的配位数是2，属于亚稳态结构，稳定程度仅与温度有关。当合金元素量足够高时，碳也和其他合金元素结合为金属间化合物，根据配对元素的不同，配位数也不同，热稳定性也有很大的差异。液体金属凝固过程中如果过冷度足够，碳化物是领先项，当含碳量较低时，碳化物周围会结晶出贫碳组织，如铁素体、低温奥氏体等。

铬：强烈促进碳化物形成元素；含量足够时，可形成各类碳化铬（（FeCr）7C3、Cr23C6 等）；各元素可以提高材料的淬硬深度，使得材料的硬度自表及里趋向均匀硬度层；同时，铬元素还有固溶强化基体的作用。

钼：强烈促进碳化物形成元素，主要形成Mo2C类碳化物，钼含量足够时，材料还会有共析碳化钼产生；其与镍元素配合，可提高材料抵抗冷热疲劳能力。

钨：强烈促进碳化物形成元素，可形成WC、W2C 等特殊碳化物，保持材料的高温硬度。

镍：固溶强化元素；与钼配合，可提高材料抵抗冷热疲劳能力；提高材料的焊接性。

定量的Si、B，用于净化熔化合金。

表5 粉料化学成分正交试验的组分Tab.5 Chemical composition orthogonal test of chemical composition wt%Serial number C Cr Ni Mo W Si、B Cr25 0.4 25 12 2 8 3 Cr20 0.4 20 12 2 8 3 Ni20 0.4 25 20 3 8 3 Ni20W15 0.4 25 20 3 15 3 Cr20W15 0.4 20 12 2 15 3

表6 粉料化学成分正交试验的结果分析Tab.6 Results analyses of chemical composition orthogonal testSerial number HSD Grain orientation Crack sensitivity Metallurgical combination Cr25 65～75 ＞80% Orientation Medium Good Cr20 60～70 ＞80% Orientation Weak Good Ni20 60～70 ＞90% Orientation Weak Good Ni20W15 65～80 ＞90% Orientation Strong Good Cr20W15 65～75 ＞80% Orientation Strong Good

根据以上各元素的作用，采用正交试验的方法进行筛选，正交试验组分及结果如表5—6 所示。基于正交试验结果，结合试用中出现的问题进行改进，最终确定了粉料的组分如表7 所示。

表7 熔覆粉料的化学成分Tab.7 Chemical composition of cladding powder wt%C Si Mn Cr Ni Mo W B 0.25～0.3 1.8～2.0 0.4～0.6 24～25 19.5～20.5 3.2～3.5 7.8～8.2 0.3～0.4

3.3 熔覆层的宏观硬度

采用SHT300 型硬度计HSD 标尺测试，每点测5次并取平均值，经多支轧辊多点测试，其结果见表8。从表8 中可知，硬度在63～72HSD 之间，熔覆层的宏观硬度随着熔覆层厚度的变化呈现出不同的特点。当熔覆层厚度≤0.2 mm 时，宏观硬度呈离散状，硬度测试数值极为分散且没有规律；当熔覆层厚度≥0.3 mm、稀释率极低时，硬度测试趋于正常。

表8 熔覆层硬度分布检测结果Tab.8 Test results of cladding layer hardness distributionHSD range 60～65 65～70 70～75 75～80 Measuring points 22 84 18 7

3.4 熔覆层及结合层的金相组织

采用大工件显微镜，对熔覆层内部、结合层进行金相检测。

图2a 为熔覆层表层金相组织。金相组织特点是：碳化物面积含量大于70%，呈均匀、细小的棒状，这些细小棒状碳化物排列有规律性，相互呈90°交叉，构成编织物状，瞬时凝固特征明显。碳化物为领先项，是典型的共晶碳化物特征。

图2b、c 为熔覆层两条熔覆带搭接部位的金相组织。金相组织组成同图2a；搭接部位没有发现气孔、夹渣、裂纹、碳化物聚集等缺陷；后搭接熔覆条对前一道熔覆层的晶粒取向有一定的扰动，见图片左下方。图2b 为100 倍下熔覆层、结合“层”与母材的微观形貌。可以看到，熔覆层与母材间没有明显的“结合层”过渡，而是直接形成冶金结合。图2c 为500倍下结合部位的的微观形貌，可见熔覆层和母材形成“犬牙交错”的形态，且两种组织相互“镶嵌”、结合良好，没有发现气孔、夹渣、裂纹、碳化物聚集等缺陷。

文章来源：《中国表面工程》网址: http://www.zgbmgc.cn/qikandaodu/2021/0708/647.html