等离子熔覆含亚微米碳化铌铁基耐磨合金组织与性能的研究.pdf

第４３卷２０１５年７月第７期—第７３７９页材料工Ｊｏｕｒｎａ１ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４３Ｎｏ．７—Ｊｕ１．２０１５ｐｐ．７３７９等离子熔覆含亚微米碳化铌铁基耐磨合金组织与性能的研究ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰｌａｓｍａＣｌａｄｄｉｎｇ——ＦｅｂａｓｅｄＷｅａｒｒｅｓｉｓｔｉｎｇＡｌｌｏｙＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＳｕｂｍｉｃｒｏｎＮｂＣ王智慧，赵雪飞，贺定勇，蒋建敏，赵秋颖，刘飞（１北京工业大学材料科学与工程学院，北京１００１２４；２北京工业大学机械工程博士后流动站，北京１００１２４）———ＷＡＮＧＺｈｉｈｕｉ，ＺＨＡＯＸｕｅｆｅｉ，ＨＥＤｉｎｇｙｏｎｇ，——ＪＩＡＮＧＪｉａｎｍｉｎ，ＺＨＡＯＱｉｕｙｉｎｇ，ＬＩＵＦｅｉ（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ２ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用等离子熔覆（ＰＴＡ）在Ｑ２３５钢上制备含亚微米碳化铌ＦｅＣｒ－Ｂ－ＣＮｂ熔覆层，通过改变合金成分，分别设计含超细碳化铌、含共晶硼化物、含超细碳化铌＋共晶硼化物、含超细碳化铌＋初生ＦｅｚＢ硬质相的熔覆层，研究不同尺寸硬——质相对ＦｅＣｒ－Ｂ－Ｃ－Ｎｂ熔覆层组织与性能的影响，并与市售常用ＦｅＣｒ－Ｃ耐磨材料对比。结果表明：细小硬质相有助于—改善合金冲击变形能力，含亚微米碳化铌和共晶硼化物的合金具有优良的综合性能，耐磨性为ＦｅＣｒ－Ｃ耐磨材料的４倍多，且冲击变形能力优于Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃ耐磨材料。关键词：碳化铌；等离子熔覆（ＰＴＡ）；亚微米；耐冲击性—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１５．０７．０１３中图分类号：ＴＧ１７４．４４２文献标识码：Ａ———文章编号：１００１４３８１（２０１５）０７００７３０７———Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｅ－ＣｒＢＣＮｂｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｓｕｂｍｉｃｒｏｎＮｂＣｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙＰＴＡｏｎＱ２３５—ｓｔｅｅｌ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆａｌｌｏｙｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｓｕｐｅｒｆｉｎｅＮｂＣ，ｅｕｔｅｃｔｉｃｂｏｒｉｄｅ，ＮｂＣ＋ｅｕｔｅｃｔｉｃｂｏｒｉｄｅ，ＮｂＣ＋ｐｒｉｍａｒｙＦｅ２Ｂｈａｒｄｐｈａｓｅｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈａｒｄｐｈａｓｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｏｎ———————ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＦｅＣｒＢＣＮｂｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒ。ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅＦｅＣｒＣｈａｒｄ—ｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｉｎｍａｒｋｅｔ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｉｎｅｈａｒｄｐｈａｓｅｃａａｃｏｎｄｕｃｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｓｕｂｍｉｃｒｏｎＮｂＣａｎｄｅｕｔｅｃｔｉｃｂｏｒｉｄｅｉＳ４ｔｉｍｅｓ————ｍｏｒｅｔｈａｎｔｈａｔｏｆＦｅＣｒＣ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉＳｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＦｅＣｒＣ。Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮｂＣ；ｐｌａｓｍａｃｌａｄｄｉｎｇ；ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ；ｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ耐磨堆焊合金中，硬质相的尺寸、形态和分布对材——料综合性能有重要影响＿１］。传统的Ｆｅ－ＣｒＣ或ＦｅＣｒ＿Ｂ－Ｃ系铁基堆焊合金中以Ｍ７Ｃ。，Ｍ２。Ｃ或Ｍ２Ｂ等硬质相作为耐磨骨架，初生Ｍ７ｃ。一般为中空的六角柱状形，六角截面的尺寸一般在３０～１００／￣ｍ之间，这类硬质相其脆性大，在形成过程中容易发生硬质相本身断裂，且在磨损过程中易在界面处开裂ｌ＿２；初生Ｍ２Ｂ同样为粗大的四边形，尺寸也在十几微米到几十微米之间，这种粗大的硬质相合金同样容易在硬质相与基“体的界面处形成裂纹，对合金韧性不利［３］。为了提高合金韧性，以较细小的ＭＣ型碳化物增强堆焊合金备受关注，而这种ＭＣ型碳化物尺寸一般在几微米到十几微米之问，可避免合金在磨损过程中出现开裂行为引。近年来，由于原位合成增强硬质相具有热力学稳定、尺寸细小、分布均匀、界面洁净与基体结合良好等特点］，原位合成铁基复合材料成为研究的热点。在堆焊合金中，碳化铌尺寸较为细小，一般为几微米，由于碳化铌具有较高的硬度，可以在不严重损失合金硬度的前提下，对提高合金韧性有重要作用＿ｇ］，如果能形成更细小球状的碳化铌，有利于减小界面处的应力集中，降低界面处开裂的几率，对改善合金性能有重要第４３卷第７期等离子熔覆含亚微米碳化铌铁基耐磨合金组织与性能的研究７９—［８３ＣＵＩＣＹ，ＧＵＯｚＸ，ＷＡＮＧＨＹ，ｅｔａ１．ＩｎｓｉｔｕＴｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｇｒｅｙｃａｓｔｉｒｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙ１ａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｏｆ——ＮｉＴｉＣｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，—２００７，１８３：３８０３８５．［９］ＢＲＡＮＡＧＡＮＤＪ，ＭＡＲＳＨＡＬＬＭＣ，ＭＥＡＣＨＡＭＢＥ．ＨｉｇｈｔｏｕｇｈｎｅｓｓｈｉｇｈｈａｒｄｎｅｓｓｉｒｏｎｂａｓｅｄＰＴＡＷｗｅｌｄｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．—ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡ，２００６，４２８：１１６１２３．［１Ｏ］ＣＯＲＲＥＡＥＯ，ＡＬＣＡＮＴＡＲＡＮＧ，ＴＥＣＣＯＤＧ，ｅｔａ１．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄａｂｒａｓｉｖｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ————ｏｆａｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｉｎｔｈｅＦｅＣｒＣ－ＮｂＶｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｍｅｔａｌｌｕｒ—ｇｉｃａｌａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＡ，２００７，３８：１６７１１６８０．［１１］邵荷生，张清．金属的磨料磨损与耐磨材料［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８８．—ＳＨＡＯＨｅｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＱｉｎｇ．ＭｅｔａｌＡｂｒａｓｉｖｅＷｅａｒａｎｄｗｅａｒＲｅｓｉｓｔａｎｔＭａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅＰｒｅｓｓ，１９８８．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７５０１０）；北京市教育委员会———资助项目（ＰＸＭ２０１３０１４２０４０７０００２７１）————收稿日期：２０１３０８２９；修订日期：２０１４１０１６通讯作者：王智慧（１９５６一），男，教授，硕士，主要从事异种钢焊接接头的研究和金属表面强化研究，联系地址：北京朝阳区平乐园１Ｏ０号，北京工业大学材料科学与工程学院（１Ｏ０１２４），Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｗａｎｇ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ