钛对高铬铸铁合金激光熔覆层组织与性能的影响研究
Research on the Effect of Titanium on the Microstructure and Properties of High Chromium Cast Iron Alloy Laser Cladding Layer
本文利用高功率半导体激光作为热源,采用同步送粉方法在普通低碳钢表面制备高铬铸铁合金涂层,在熔覆合金中添加不同含量的钛,以期获得具有优良综合力学性能的涂层.采用正交设计试验方法,研究了熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响规律,获得最优工艺参数为:激光功率1.4kW,扫描速度8mm/s,送粉速度30g/min,送粉气流量7L/min.采用优化后的参数获得的熔覆层成型良好,稀释率低,与基体冶金结合.研究了钛含量对高铬铸铁合金熔覆层显微组织的影响.结果表明,不含钛的高铬铸铁合金熔覆层组织主要由初生(Fe, Cr)7C3碳化物和共晶组织[Fe-Cr固溶体+共晶(Fe, Cr)7C3]组成.初生(Fe, Cr)7C3碳化物呈六角形杆状,沿着散热方向生长.随着钛含量的增加,熔覆涂层中的(Fe, Cr)7C3碳化物逐渐细化,初生Fe-Cr固溶相含量逐渐增加,涂层组织由过共晶转变为亚共晶.熔覆过程中钛与碳发生反应生成TiC,TiC的主要形态为块状和枝晶状,解释了不同形态TiC的形成原因,TiC体积分数随钛含量的增加而增加.通过热力学计算证明了TiC能够在Fe-Cr-Ti-C体系中优先生成.研究了钛含量对高铬铸铁合金熔覆层硬度、断裂韧性、抗裂性、等性能的影响.高铬铸铁合金激光熔覆层的显微硬度约为913.1-979.8HV,随着钛含量的增加,熔覆层平均硬度先升高后降低,当钛含量为4%时,熔覆层平均硬度最高为979.8HV.通过压痕法测量了不同钛含量高铬铸铁合金熔覆层的断裂韧性,结果表明熔覆层断裂韧性随钛含量增加而逐渐增加,这与熔覆层中碳化物形状改善和共晶组织细化有关.高铬铸铁合金熔覆层存在横向裂纹,为低塑性脆化裂纹.随着钛含量的增加,裂纹长度逐渐减小,但是单纯增加钛含量并不能完全消除熔覆层裂纹.熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损,随着钛含量的增加,熔覆层的耐磨性先升高后降低.
- 作者：
- 项海亮
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 材料加工工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 李铸国
- 中图分类号：
- TG174.4
- 关键词：
- 激光熔覆；高铬铸铁合金；初生(Fe,Cr)7C3碳化物；TiC；硬度；断裂韧性
- laser cladding；high chromium cast iron alloy；primary(Fe,Cr)7C3carbide；TiC；hardness；fracture toughness；wear resistance