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      閥門硬密封面粉末等離子堆焊層組織與性能的研究

      發布日期:2020-03-27

         閥門硬密封面因為工作在惡劣工況環境中而受損,給國家或企業帶來了極大的經濟損失。鈷基合金具有優良的耐蝕性和高溫性能,常被堆焊在工件表面形成堆焊層增強耐磨性耐腐蝕性等以延長使用壽命。為研制綜合性能更為優異的合金,通常加入某些強化元素,在堆焊時形成強化相或者改變熔池結晶方式從而組織發生改變,合金性能亦隨之改變。鑒于等離子堆焊具有高效率、成形美觀且易于實現自動化的特點,近年研究熱點逐漸由激光熔覆鈷基合金轉向粉末等離子堆焊技術上。目前國內已經對等離子堆焊鈷基合金做了大量的研究并且成果顯著,同時添加強化物熔覆鈷基合金的研究重點也主要集中在增添Ti、W、Hf、Te等元素及VN、WC、SiC等陶瓷顆粒。SiC具有價格低、易于制備等優點,是一種比較理想的鈷基合金強化材料。本文以304不銹鋼為基體,選用Co-Cr-W系(Stellite 6)、Co-Cr-Ni系(StelliteF)、Co-Mo-Cr系(T-400)合金粉末,加入不同質量分數的SiC對其等離子堆焊層的組織性能進行了研究。SiC的添加影響了晶體的生長,改變了堆焊層的組織及性能。向StelliteF加入SiC后,堆焊層界面至表面大致可分為熔合區平面晶區、胞狀晶區、柱狀樹枝晶區、雜亂樹枝晶區和表面細晶區,各區組織形狀較為明顯。加入6%SiC時的組織排列較有規律性,細小枝晶明顯,而當SiC含量達到12%時堆焊層整體晶粒粗化嚴重,甚至出現熱裂紋。堆焊層由γ-Co固溶體和γ-Co固溶體與碳化物M7C3(M=Cr、W、Fe)形成的共晶組織構成。向Stellite 6添加SiC后,堆焊層組織細密,熔合區明顯可見。熔合區往上大致分為胞狀晶區、柱狀晶區、近表面細小等軸晶區。在9%SiC的涂層中發現堆焊層近表面和基體界面組織形狀呈彌散蠕狀分布,這種組織分布情況可能會對其耐磨性、抗沖擊性能有一定影響。當SiC含量增加到12%時組織已經粗化嚴重,堆焊層主要有γ-Co、Cr3Co5Si2及多種碳化物組成。向T-400中添加3%SiC時,白亮帶(即熔合區)胞狀晶區較為狹窄,晶體生長方向雖有交錯,但大致都指向外表面。加入6%的SiC時,又出現了許多塊狀組織,且生長方向不固定。當SiC含量增加至9%時,界面至表面大致為熔合區平面晶區、胞狀晶區、細長的柱狀樹枝晶區和近表面細晶區。加入12%SiC時,表面細晶區范圍變窄而熱影響區并未出現耐蝕性嚴重下降或晶粒粗化等情況。涂層形成了以γ-Co固溶體為主體及其多種碳化物硅化物共晶組成,對涂層的強化起著重要作用。T-400合金在加入6%SiC時形成塊狀組織表現出優異的硬度和常溫及高溫耐磨性,對Stellite 6的影響不大,Stellite F粉末添加6%SiC時表現出優異的常溫耐磨性。12%SiC堆焊層組織晶粒粗大,性能變差。SiC對T-400堆焊層的影響較為顯著,添加后的硬度和耐磨性都高于Stellite 6和Stellite F合金,Stellite F表現出最差的耐磨性及硬度,Stellite F粉末添加6%SiC時也表現出優異的常溫耐磨性。

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