Cr对Fe-B-C-Mn-Si系堆焊合金的M2B相及耐磨性影响
发布时间：2022-01-24 04:59
以复合粉粒和H08A实心焊丝为焊接材料,在Q235A基体上埋弧堆焊Fe-Cr-B-C-Mn-Si系耐磨合金,借助光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及附属电子能谱仪等,研究高Cr含量对合金M2B相及耐磨性的影响。结果表明:该合金基体由马氏体和铁素体组成,硬质相包括M2B、M3（C,B）和M3B4等,其中M代表Fe、Cr等元素;随Cr含量提高,初生M2B相由特征衍射峰指数与Fe2B相同的（Fe,Cr）2B相转变为与CrFeB相近的（Cr,Fe）2B相,显微硬度均值从1 026HV增加至1 622HV;合金耐磨性先显著提升后小幅下降,显著提升的主要原因与其初生M2B的显微硬度大幅提高有关,随后小幅下降与二次M2B相的尺度减小相关;合金主要磨损机制随Cr含量提高由显微剥落转变为微切削形式。
【文章来源】：兵器材料科学与工程. 2020,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
堆焊合金的XRD图
图2为复合粉粒和H08A实心焊丝埋弧堆焊1～5#合金的显微组织图。可以看出，该合金最突出的相组织长度为30～250μm和宽度为10～25μm白色板条状，这是典型的柱状初生相；测试显示其显微硬度为960HV0.2～1 788HV0.2，可作为主耐磨相。该相长宽比明显大于通常高硼合金的块状M2B相[9]，位向无明显规律性，说明该相形核生长时成分供给的条件较好，使之快速生长，这也是该复合粉粒堆焊合金不同于药芯焊丝堆焊硼合金的定向生长特点。对比图2可知，随堆焊合金的Cr含量增加，白色硬质相形态先以块状和板条状并存，逐渐转为板条状为主。堆焊合金w(Cr)<12.9%时，其形态变化不明显（图2a～c）。当Cr的质量分数为15.1%和17.3%时（图2d、e），白色板条显著增多，一部分相互交错，另一部分平行排列，但未呈择优取向，即该相生长未受冷却热流的影响而定向生长。白色块状或板条相间基本上是灰白色或灰色相，根据凝固原理，并结合图1可知，这些组织主要为共晶或变态共晶。
图3为1、3、5#堆焊合金背散射条件下的硬质相形貌图。1#试样的微（1）、微（2）、微（3）、微（4）的EDS成分（原子数分数/%，下同）扫描结果：微（1）区为Cr14.78,B32.40,C9.73,Mn0.88；微（2）区为Cr13.81,B16.70,C13.45,Mn0.60；微（3）区为Cr9.87,B27.42,C16.50,Mn0.87；微（4）区为Cr4.61,B22.55,C21.42,Mn0.76（图3a）。测试显示微（1）、（2）区块状的显微硬度为960HV0.2～1 348HV0.2，结合XRD结果（图1a）可知，该板条与块状相均为M2B，即（Fe,Cr)2B相。但其中硼含量波动较大，主要是EDS对硼元素的含量测定误差大所致。微（3）区显微硬度为605HV0.2～785HV0.2，结合其成分可知，该微区组织为变态共晶α-Fe+M3(C,B），其中M由Fe,Cr,Mn等元素组成，但其中共晶M3(C,B）相并不平行，与传统的变态共晶形态不同，说明其内部合金成分分布不均。微（4）区Cr含量显著偏低，基本可确定为铁素体基体。3#试样微（5）、（6）、（7）区进行EDS成分扫描结果：微（5）区为Cr16.53,B29.45,C20.49,Mn0.80；微（6）区为Cr4.62,B19.96,C32.87,Mn0.49；微（7）区为Cr15.57,B27.47,C23.37,Mn0.51。测试显示微（5）、（7）区的显微硬度为942HV0.2～1 573HV0.2（图3b），结合图1b结果可知，该区相为（Cr,Fe)2B，其Cr含量与图3a相比，提高约为2%，但显微硬度均值增长200HV以上，说明增加少量M2B固溶Cr，即可显著提高其显微硬度。微（6）区显微硬度为610HV0.2～689HV0.2，可知该组织为α-Fe+M3(C,B）变态共晶。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FeCr15B2MnTi明弧堆焊合金的组织及耐磨性[J]. 龚建勋,姚惠文,程诗尧. 兵器材料科学与工程. 2019(04)
[2]Si对明弧堆焊合金M7C3相及耐磨性的影响[J]. 田兵,龚建勋,刘江晴,吴慧剑. 材料工程. 2017(04)
[3]B元素对Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金组织和耐磨性的影响[J]. 张彦超,崔丽,贺定勇,周正. 焊接学报. 2014(03)
本文编号：3605899
【文章来源】：兵器材料科学与工程. 2020,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
堆焊合金的XRD图
图2为复合粉粒和H08A实心焊丝埋弧堆焊1～5#合金的显微组织图。可以看出，该合金最突出的相组织长度为30～250μm和宽度为10～25μm白色板条状，这是典型的柱状初生相；测试显示其显微硬度为960HV0.2～1 788HV0.2，可作为主耐磨相。该相长宽比明显大于通常高硼合金的块状M2B相[9]，位向无明显规律性，说明该相形核生长时成分供给的条件较好，使之快速生长，这也是该复合粉粒堆焊合金不同于药芯焊丝堆焊硼合金的定向生长特点。对比图2可知，随堆焊合金的Cr含量增加，白色硬质相形态先以块状和板条状并存，逐渐转为板条状为主。堆焊合金w(Cr)<12.9%时，其形态变化不明显（图2a～c）。当Cr的质量分数为15.1%和17.3%时（图2d、e），白色板条显著增多，一部分相互交错，另一部分平行排列，但未呈择优取向，即该相生长未受冷却热流的影响而定向生长。白色块状或板条相间基本上是灰白色或灰色相，根据凝固原理，并结合图1可知，这些组织主要为共晶或变态共晶。
图3为1、3、5#堆焊合金背散射条件下的硬质相形貌图。1#试样的微（1）、微（2）、微（3）、微（4）的EDS成分（原子数分数/%，下同）扫描结果：微（1）区为Cr14.78,B32.40,C9.73,Mn0.88；微（2）区为Cr13.81,B16.70,C13.45,Mn0.60；微（3）区为Cr9.87,B27.42,C16.50,Mn0.87；微（4）区为Cr4.61,B22.55,C21.42,Mn0.76（图3a）。测试显示微（1）、（2）区块状的显微硬度为960HV0.2～1 348HV0.2，结合XRD结果（图1a）可知，该板条与块状相均为M2B，即（Fe,Cr)2B相。但其中硼含量波动较大，主要是EDS对硼元素的含量测定误差大所致。微（3）区显微硬度为605HV0.2～785HV0.2，结合其成分可知，该微区组织为变态共晶α-Fe+M3(C,B），其中M由Fe,Cr,Mn等元素组成，但其中共晶M3(C,B）相并不平行，与传统的变态共晶形态不同，说明其内部合金成分分布不均。微（4）区Cr含量显著偏低，基本可确定为铁素体基体。3#试样微（5）、（6）、（7）区进行EDS成分扫描结果：微（5）区为Cr16.53,B29.45,C20.49,Mn0.80；微（6）区为Cr4.62,B19.96,C32.87,Mn0.49；微（7）区为Cr15.57,B27.47,C23.37,Mn0.51。测试显示微（5）、（7）区的显微硬度为942HV0.2～1 573HV0.2（图3b），结合图1b结果可知，该区相为（Cr,Fe)2B，其Cr含量与图3a相比，提高约为2%，但显微硬度均值增长200HV以上，说明增加少量M2B固溶Cr，即可显著提高其显微硬度。微（6）区显微硬度为610HV0.2～689HV0.2，可知该组织为α-Fe+M3(C,B）变态共晶。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FeCr15B2MnTi明弧堆焊合金的组织及耐磨性[J]. 龚建勋,姚惠文,程诗尧. 兵器材料科学与工程. 2019(04)
[2]Si对明弧堆焊合金M7C3相及耐磨性的影响[J]. 田兵,龚建勋,刘江晴,吴慧剑. 材料工程. 2017(04)
[3]B元素对Fe-Cr-C系耐磨堆焊合金组织和耐磨性的影响[J]. 张彦超,崔丽,贺定勇,周正. 焊接学报. 2014(03)
本文编号：3605899
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