含硬质相铁基耐磨堆焊合金的研究进展.doc

含硬质相铁基耐磨堆焊合金的研究进展 　　摘 要：硬质相对耐磨堆焊合金的硬度和耐磨性有重要影响，在介绍铁基耐磨堆焊合金的基础上，文章介绍硬质相尺寸、形态和分布对堆焊合金耐磨性的影响，以及含超细硬质相堆焊合金的发展现状，含超细硬质相的合金具有优良的硬度和韧性，从而具有优异的耐磨性。 　　关键词：耐磨；硬质相；堆焊合金；韧性 　　中图分类号：TG455 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0074-02 　　1 背景概述 　　磨损是工业领域中造成材料和能源损失的重要原因。据统计，由磨损造成的损失约占能源消耗的1/3～1/2，材料报废的80%[1]。我国电力、冶金、煤炭、化工等行业磨损件的消耗量相当大，而其中火力发电行业是一磨损消耗大户。火力发电中磨损件主要发生在与燃煤相关的系统中，如：破碎机、制粉机、煤粉输送管、煤灰输送管、喷燃器、风机等。提高易磨损件的使用寿命，具有很高的经济效益和社会效益。 　　对因磨损而导致失效的零件研究表明，这些失效多数发生在表面。采用表面工程技术提高合金材料表面的耐磨性能，对材料的性能提升和广泛应用具有重要意义。采用堆焊技术修复和强化零部件表面耐磨性能已得到大规模应用，开发制备出具有更高性价比的耐磨材料是科研工作者面临的巨大挑战。目前，采用表面工程技术能够修复并恢复零部件使用性能的比例占报废零部件的10%以上，每年消耗各类耐磨堆焊材料可达1万t以上[2]。 　　由此可见，耐磨堆焊技术的市场潜力是十分巨大的，在不断研发的耐磨堆焊材料中，其都有各自的耐磨条件。近年来，有研究表明，含超细硬质相的耐磨合金具有良好匹配的硬度和韧性，能够获得高的耐磨性。 　　2 铁基耐磨堆焊合金及发展现状 　　铁基堆焊合金由于其性能变化范围广，韧性和抗磨性匹配良好，能满足许多不同工况要求，且价格低而被广泛应用，同时铁基耐磨堆焊合金技术成熟，合金体系可以分为Fe-Cr-C系、Fe-B-C系、Fe-Cr-B系和铁基碳化钨系堆焊材料。堆焊合金本身硬质相的尺寸、形态、分布及其类型决定了其耐磨性，同时韧性不仅和其数量、基体组织性质、形态及分布等有关，同时也和硬质相的尺寸、形态、分布及类型有关。 　　Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金的硬质相主要是（Fe，Cr）7C3，呈六方形。学者们[3-4]认为，当Cr10%时才能形成形态明显硬度很高的M7C3。 　　文献系统地研究了Cr、C不同含量堆焊合金材料的微观组织结构以及耐磨性能，研究表明Fe-Cr-C系合金的耐磨性受硬质相M7C3的分布、大小、形态及种类与基体的匹配关系影响，合金耐磨性和初生碳化物面积分数有着简单的线性关系。通过调整冷却速率以及铬碳元素含量比例等条件，可以控制初生碳化物生长的方向，能够使其生长方向与耐磨层表面垂直，因此合金的耐磨性能可以得以提升。 　　Fe-B-C系耐磨堆焊合金的硬质相主要为硼化物，包括：Fe2B、Fe23（C，B）6、FeB、Fe3（B，C）。目前国内外科研人员在对堆焊耐磨合金研究后发现，FeB（HV1 800～2 000）和Fe2B（HV1 400～1 800）的微观硬度不仅高于Fe3C（HV800～900），而且高于堆焊耐磨合金中常形成的铬的碳化物Cr7C3（HV1 300～1800），用硼化物代替碳化物Cr7C3作为耐磨合金的耐磨硬质相，可明显提高耐磨合金材料的耐磨性能，还可减少钼、钒、钛、铬、钨等合金元素的加入量，降低成本，提高性价比。增加堆焊合金材料中的硼含量，会导致堆焊合金微观组织发生变化，微观组织中出现了Fe2B、Fe23（C，B）6和Fe3（C，B）等碳、硼化合物耐磨硬质相，随着硬质相数量的增加，堆焊合金材料的耐磨性能大大提高，另外，试验表明合金材料中含有的共晶组织越多，合金的抗冲击韧性越好。Ji Hui kim通过研究发现，B不仅能够有效提高堆焊合金的耐磨性，而且Mn和B能够细化晶粒尺寸，促进应力诱导马氏体相变，可以提高铁基耐磨合金的耐空蚀性。 　　Fe-Cr-B系耐磨堆焊合金耐磨骨架为高硬度的M2B共晶硼化物，M2B硬度高，合金耐磨性优异，但韧性不足。Guo Changqing等人研究发现Fe-Cr-B合金的微观组织由树枝晶和在其间分布着的共晶体构成，其主要耐磨硬质相有的在晶粒的中心位置分布着的呈细片状的硼化物和少量呈棒状的碳硼化物，呈网状不规则片状分布的M2B以及夹在这类硼化物之间呈片状的富钼硼化物。 　　另外，在铁基堆焊合金中加入钒、钼和铬等元素，有助于增加硼在铁基堆焊合金中的固溶度，改善铁基堆焊合金的性能。 　　3 硬质相对铁基堆焊合金耐磨性的影响 　　当材料和磨料相互作用时，对材料耐磨性或磨损过程影响最大的因素主要有材料的组织和由组织所决定的性能，以及磨损的工作条件，环境因素。 　　就