低碳鋼表面堆焊涂層的耐磨損性能研究

陳光+馬威+眭文杰+秦文海

摘 要：文章采用堆焊技術(shù)在Q235低碳鋼表面分別堆焊Fe450、WC、Fe450和WC各50%合金粉末復(fù)合涂層，研究在相同焊接工藝參數(shù)下不同粉材合金堆焊層的耐磨損性能。結(jié)果表明在相同堆焊參數(shù)下，F(xiàn)e450合金等離子堆焊層的耐磨損性能最低，WC合金等離子堆焊層的耐磨性能最高，F(xiàn)e450與WC各占50%的合金等離子堆焊層的耐磨性能在它們兩者之間。同時(shí)可得出表面堆焊技術(shù)可以充分發(fā)揮材料的性能優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)基體的耐磨損性能，達(dá)到節(jié)約用材和延長(zhǎng)零部件使用壽命的目的。

關(guān)鍵詞：堆焊；合金粉末；耐磨損

1 概述

由于低碳鋼具有良好的機(jī)械性能，能夠應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的許多方面，因此，如何延長(zhǎng)低碳鋼工件的使用壽命，降低磨損對(duì)低碳鋼的應(yīng)用有很大的影響，低碳鋼表面堆焊就是其中的一種方法。

2 實(shí)驗(yàn)材料和方法

在本次實(shí)驗(yàn)中以低碳鋼型鐵基合金粉末為基礎(chǔ)，選擇了DG.Fe450高鉻鑄鐵型金屬粉末材料。同時(shí)選擇碳化鎢金屬粉末材料DG.WC-Co10Cr4，F(xiàn)e450和碳化鎢各50%的混合合金粉末與其對(duì)比，比較分析在相同工藝參數(shù)下，不同材料的耐磨性。

此次研究采用GAP 2001 DC堆焊設(shè)備，用GAP 2001 DC型整流器式直流弧焊機(jī)作為堆焊電源，堆焊鐵基自熔合金粉末（Fe45）、鎢基包覆粉（WC-Co10Cr4）、以及這兩種粉末各50%的粉末合金在Q235低碳鋼的表面。實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)該對(duì)金屬粉末材料做一些必要的處理，比如烘干基材表面，所謂烘干的處理就是采用烘箱把金屬粉末材料在高溫下保持一段時(shí)間，蒸發(fā)其中的水分，從而保證了噴焊實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。

采用SKODA快速磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)噴焊層進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，SKODA快速磨損試驗(yàn)機(jī)主要對(duì)各種金屬材料、鋼經(jīng)表面處理粉末冶金進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。該機(jī)系光滑磨損試驗(yàn)固定磨輪，對(duì)試樣的要求不高，因此，能滿足各種試驗(yàn)。磨損實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，磨損接觸表面采用200#、600#、800#、1200#砂紙打磨，實(shí)驗(yàn)載荷為5KG，轉(zhuǎn)速為675rpm，轉(zhuǎn)數(shù)為1000轉(zhuǎn)。每個(gè)試件進(jìn)行多次磨損實(shí)驗(yàn)，取質(zhì)量損失的平均數(shù)值。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖1（a）為Fe450合金等離子堆焊層磨損位置的微觀圖，可以看出，此堆焊層經(jīng)磨損后的劃痕明顯，圖（b）和（c）分別是50%和WC合金等離子堆焊層磨損位置的微觀圖，它們的磨損劃痕與Fe450相比不是非常明顯，由此可以證明在相同堆焊參數(shù)下，F(xiàn)e450合金等離子堆焊層的耐磨損性能最低，WC合金等離子堆焊層的耐磨性能最高，F(xiàn)e450與WC各占50%的合金等離子堆焊層的耐磨性能在它們兩者之間。

圖2為三種粉材合金等離子噴焊層在同一參數(shù)下的磨損量，可以看出，F(xiàn)e450堆焊層的磨損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于WC和混有50%WC的Fe450的磨損量，達(dá)到了26mm2。而WC堆焊層的磨損量最小，不到10mm2。其次是Fe450和WC各50%的合金堆焊層。

由此結(jié)果可以得出，WC堆焊層的耐磨性能最好，F(xiàn)e450合金堆焊層的耐磨性最差。它們的合金粉末堆焊層的耐磨性處于中間水平。其原因是WC粉末顆粒具有很高的硬度，WC顆粒對(duì)堆焊層顯微組織起著彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化作用，所以噴焊層的耐磨性非常高。同時(shí)在一定程度上材料的耐磨性能和硬度呈正比例增長(zhǎng)，所以耐磨性差別的產(chǎn)生原因可以由三種不同的粉材合金等離子堆焊層的硬度分析來(lái)說(shuō)明。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）在相同的堆焊工藝參數(shù)下，WC粉末合金堆焊層的耐磨性最高，磨損量只有不到10mm2；Fe450合金堆焊層的耐磨性最低，磨損量達(dá)到了26mm2；Fe450和WC各50%合金堆焊層的耐磨性在它們兩者之間。

（2）在工件表面堆焊合金粉末可以明顯提高工件的一些特定性能。