镍基喷焊层的等离子弧重熔试验研究

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.s2.007 第18卷增刊 北京科技大学学报 Vol.18 1996年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1996 镍基喷焊层的等离子弧重熔试验研究 严密 浙江大学材料科学与工程系，杭州310027 摘要以等离子弧为热源，采用类似激光表面改性的办法，研究了重熔处理对Nⅱ基自熔合金组 织和耐磨性的影响.经等离子弧扫描重熔，喷焊层表面形成重熔激冷层，该层基体组织由 K-Ni转变为化合物Cr,FCo6Ni0,并形成晶粒度很小的微晶组织.重熔后试样的耐磨粒磨损 与粘着磨损性能提高、且880W重熔较440W重熔试样的耐磨粒磨损性能提高程度更大. 关键词等离子孤，重熔，表面 迄今为止，已有很多激光表面改性的研究报道，包括激光表面硬化，激光表面合金化， 激光上釉等-.尽管邀光表面改性已被证明是获得所需表面成分和组织的有效途径，但 它的效果受到基体表面反射率的影响.此外，激光发生器也相对较为昂贵.在本文研究工作 中，采用另一种超高温热源一等离子弧，对镍基等离子喷焊层进行重熔一急冷处理，研 究了等离子弧重熔对镍基喷焊合金显微组织与耐磨性的影响. 1实验方法 基体合金为45号钢，喷焊材料为镍基自熔合金粉末，粒度在150~320目之间，其化 学成分质量分数为(%)Cr:24.5,C:4.25,Si:2.63,B:2.71,Fe:<7.0,Ni:其余.等离子喷焊在 L4-400PC型喷焊设备上进行，等离子发生气与送粉气均采用纯Ar,操作工艺参数见表1. 获得的等离子喷焊层厚度约为3~5mm.喷层表面在丙酮中经彻底清洗、研磨、抛光 后，采用WLH一10B型等离子焊机进行微束等离子弧扫描.试验采用的等离子重熔工艺 参数也列于表1中. 采用了磨粒磨损和粘着磨损试验，测定等离子弧重熔对镍基喷焊层耐磨性的影响.粒 磨损试验为盘销式，将1000目的Al20,细砂纸平铺在直径为250mm的圆盘上面，以 100r/min的速度旋转.圆柱形喷焊试样直径为7mm,静止地压在砂纸上.粘着磨损试验 中，试样加工成10mm×10mm×30mm的方块，对磨块为直径35mm.厚度10mm的圆 盘，由淬火45号钢制成，硬度为HRC63.圆盘以200r/min的角速度旋转，静止的试样在 75kg的加载压力下压在旋转圆盘的侧面.两种磨损试样均采用20#机油润滑，以磨损失重 作为判断耐磨性的指标 1996-01-22收稿第一作者男教授 ·国家自然科学基金及冶金部腐蚀磨石与表面技术开放研究实验室资助

第 卷 增刊 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 镍基 喷焊层 的等离子 弧重熔试验研究 ‘ 严 密 浙 江 大 学 材 料科 学 与工 程 系 ， 杭州 摘要 以 等离 子 弧 为 热源 ， 采 用 类似激 光 表 面 改性 的办 法 ， 研究 了 重熔 处理 对 基 自熔 合金 组 织 和 耐 磨 性 的 影 响 经 等 离 子 弧 扫描 重 熔 ， 喷 焊 层 表 面 形 成 重 熔 激 冷 层 ， 该 层 基 体 组 织 由 代 一 转 变 为化合物 ， 并 形 成 晶 粒度 很小 的微 晶组织 重熔后 试样 的 耐磨粒磨 损 与粘着 磨损性 能提 高 ， 且 重熔 较 重熔 试样 的耐磨粒磨损性 能提 高程度更大 关键词 等离子 弧 ， 重 熔 ， 表 面 迄 今 为止 ， 已 有 很多 激 光 表 面 改性 的研 究 报 道 ， 包括激 光 表 面硬 化 ， 激 光 表 面合 金 化 ， 激 光 上 釉 等 一 尽 管 激 光 表 面 改 性 已 被 证 明 是 获 得 所 需 表 面 成 分 和 组 织 的有 效 途 径 ， 但 它 的效 果 受 到 基 体 表 面反 射 率 的 影 响 此 外 ， 激 光 发 生器 也相 对较 为 昂贵 在 本 文研 究 工 作 中 ， 采 用 另 一 种超 高温 热 源— 等 离 子 弧 ， 对镍 基 等 离 子 喷焊 层 进 行 重 熔 一 急冷处 理 ， 研 究 了等 离 子 弧 重熔 对镍基 喷 焊 合金 显微 组 织 与 耐磨 性 的影 响 实验方法 基 体合金 为 号 钢 ， 喷焊 材料 为镍 基 自熔 合金 粉 末 ， 粒度 在 巧 一 目之 间 ， 其 化 学成 分 质量 分 数 为 ， ， ， ， ， 其 余 等 离 子 喷焊在 一 型 喷焊设 备上 进 行 ， 等 离子 发 生气 与 送 粉 气均采 用 纯 ， 操作 工 艺参数见 表 获得 的 等 离 子 喷 焊 层 厚 度 约 为 一 喷层 表 面 在 丙 酮 中经 彻底 清冼 、 研磨 、 抛 光 后 ， 采 用 一 型 等 离 子 焊 机 进 行 微 束 等 离 子 弧 扫 描 试 验 采 用 的 等 离 子 重 熔 工 艺 参数也 列 于 表 中 采 用 了磨 粒磨 损 和 粘 着 磨 损 试验 ， 测 定 等 离 子 弧 重 熔 对镍 基 喷 焊层 耐磨 性 的影 响 粒 磨 损 试 验 为 盘 销 式 ， 将 目 的 细 砂 纸 平 铺 在 直 径 为 的 圆 盘 上 面 ， 以 的 速 度 旋 转 圆柱 形 喷 焊 试 样 直 径 为 ， 静 止 地 压 在 砂 纸 上 粘 着 磨 损 试 验 中 ， 试样 加 工 成 的方 块 ， 对磨 块 为直 径 、 厚度 的 圆 盘 ， 由淬 火 号钢 制成 ， 硬 度 为 圆盘 以 的 角 速 度 旋 转 ， 静 止 的 试样 在 的加 载 压 力 下 压 在 旋 转 圆盘 的 侧 面 两 种 磨 损 试样 均 采 用 机 油 润 滑 ， 以 磨 损失 重 作为判 断耐磨 性 的指 标 一 一 收稿 第 一 作者 男 教 授 国家 自然科 学 基金 及 冶金 部腐蚀 一 磨 石 与表 面技 术开 放研 究 实验 室 资助 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1996．s2．007

Vol.18 严密：镍基喷焊层的等离子弧重熔试验研究 ·33· 表1等离子喷焊和等离子重熔工艺参数 等离子喷焊 等离子重熔 等离子气流量/mh 0.35 等离子气流量/m'h 0.001 送粉气流量/m3h 0.48 保护气流量/mb1 0.01 喷焊速度/mm*min 400 扫描速率/mm'min 36 送粉量gmi血 60 束斑直径/mm 1.5 喷焊电流A 80 蓝熔电流/A 2,4 喷焊电压N 38 量熔电压V 220 2结果与讨论 如图1所示，X射线衍射结果表明，喷焊层基体主要由Y一Ni组成.析出物的硼化 物与金属间化合物有CrB,、Ni,Fe,另外还有一定含量的s一(Ni,Fe).喷焊层基体的显微 组织见图2，喷焊层与基体界面组织形貌见图2b.由于凝固时由45号钢基体向喷焊层表 3.0k (a) (O0ZN-4 15 (0ZZ)IN (I1EHIN 0 30 50 100 120 281(°） 2.0k (b) 等 1.0 ()N 5 (EEO)EIN 小 30 40 50 60 70 80 90 100 28/M°） 图1镍基喷层X射线衍射谱 (a)重熔处理前；®)重熔处理后

严密 镍 基 喷焊层 的 等 离子 弧 重熔 试验研究 表 等离子喷焊和 等离子孟熔工 艺参数 等离子 喷 焊 等离子 重熔 等离子气流量 ， · 一 ， 送粉气流量 一 ， 喷焊速匆 · 一 ， 送粉量 · 一 ， 喷焊 电流 喷焊 电压 浑 等离子气流 · 一 ， 保护气流 七 一 ， 扫描速率 · 一 ， 束斑直径 三熔电流 三熔 电压浑 结果与讨论 如 图 所 示 ， 射 线 衍 射 结 果 表 明 ， 喷 焊 层 基 体 主 要 由 一 组 成 析 出物 的硼 化 物 与金 属 间化合物 有 、 ， 另 外 还 有 一 定 含 量 的 一 ， 喷焊 层 基 体 的显微 组 织 见 图 ， 喷焊 层 与 基 体 界 面 组 织 形 貌 见 图 由于 凝 固 时 由 号 钢基 体 向喷 焊 层 表 巴﹃︵。之人 阶︵一︶山。 二 一︶ ·入 闪叫刊 仍气之︵一︶。 、 人 曰口 八 子 又及百 。刹︶己之︵二 飞 ’ 创 口 。﹁。 扒。 ﹁闰芝气。 勺叭 刁内州艺︶吸 叫。之芝 。﹁、︸﹄。 小勺 曰比 闪刀之气口‘言字次 一刃︵之家‘阶气‘切﹄。 ‘ 山口 习 一泪 。 图 镍基喷层 射线衍射谱 ，熔处理前 伪 ，熔处理后

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严密 镍 基 喷焊层 的 等 离子 弧 重熔 试验研究 表 等离子喷焊和 等离子孟熔工 艺参数 等离子 喷 焊 等离子 重熔 等离子气流量 ， · 一 ， 送粉气流量 一 ， 喷焊速匆 · 一 ， 送粉量 · 一 ， 喷焊 电流 喷焊 电压 浑 等离子气流 · 一 ， 保护气流 七 一 ， 扫描速率 · 一 ， 束斑直径 三熔电流 三熔 电压浑 结果与讨论 如 图 所 示 ， 射 线 衍 射 结 果 表 明 ， 喷 焊 层 基 体 主 要 由 一 组 成 析 出物 的硼 化 物 与金 属 间化合物 有 、 ， 另 外 还 有 一 定 含 量 的 一 ， 喷焊 层 基 体 的显微 组 织 见 图 ， 喷焊 层 与 基 体 界 面 组 织 形 貌 见 图 由于 凝 固 时 由 号 钢基 体 向喷 焊 层 表 巴﹃︵。之人 阶︵一︶山。 二 一︶ ·入 闪叫刊 仍气之︵一︶。 、 人 曰口 八 子 又及百 。刹︶己之︵二 飞 ’ 创 口 。﹁。 扒。 ﹁闰芝气。 勺叭 刁内州艺︶吸 叫。之芝 。﹁、︸﹄。 小勺 曰比 闪刀之气口‘言字次 一刃︵之家‘阶气‘切﹄。 ‘ 山口 习 一泪 。 图 镍基喷层 射线衍射谱 ，熔处理前 伪 ，熔处理后

严密 镍 基 喷焊层 的 等 离子 弧 重熔 试验研究 表 等离子喷焊和 等离子孟熔工 艺参数 等离子 喷 焊 等离子 重熔 等离子气流量 ， · 一 ， 送粉气流量 一 ， 喷焊速匆 · 一 ， 送粉量 · 一 ， 喷焊 电流 喷焊 电压 浑 等离子气流 · 一 ， 保护气流 七 一 ， 扫描速率 · 一 ， 束斑直径 三熔电流 三熔 电压浑 结果与讨论 如 图 所 示 ， 射 线 衍 射 结 果 表 明 ， 喷 焊 层 基 体 主 要 由 一 组 成 析 出物 的硼 化 物 与金 属 间化合物 有 、 ， 另 外 还 有 一 定 含 量 的 一 ， 喷焊 层 基 体 的显微 组 织 见 图 ， 喷焊 层 与 基 体 界 面 组 织 形 貌 见 图 由于 凝 固 时 由 号 钢基 体 向喷 焊 层 表 巴﹃︵。之人 阶︵一︶山。 二 一︶ ·入 闪叫刊 仍气之︵一︶。 、 人 曰口 八 子 又及百 。刹︶己之︵二 飞 ’ 创 口 。﹁。 扒。 ﹁闰芝气。 勺叭 刁内州艺︶吸 叫。之芝 。﹁、︸﹄。 小勺 曰比 闪刀之气口‘言字次 一刃︵之家‘阶气‘切﹄。 ‘ 山口 习 一泪 。 图 镍基喷层 射线衍射谱 ，熔处理前 伪 ，熔处理后

。36· 北京科技大学学报 1996年 CoFe。6Ni20:以及部分CrFeNi和硼化物、碳化物组成.受基体激冷影响，重熔层晶粒细 化并形成微晶组织；重熔处理后，N基喷焊层抗磨粒磨损和粘着磨损能力提高. 参考文献 1 Yang L J,Loh N L.Surface and Coating Tech,1991,71:196 2 Tomoki T,Yasuyuki T,Genzo H,et al.Mater Trans,1993,34:69 3 Tong S C,Ku J S,Wu C S.Script Metall Mater,1994,31:835 4 Wang Y,Zhang Q,Su M,et al.Scripta Metal Mater,1995,32:891 5雷永平，史耀武，周家瑾.西安交通大学学报，1994,28(4)：26 6王彦改.[学位论文1.浙江大学，1996 Experimental Study on the Plasma-Arc Remelting Treatment of Ni-Based PTAW Cladding Yan Mi Department of Materials Science and Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,PRC ABSTRACT The effect of plasma arc remelting treatment on the microstructure and wear resistance of overlay is investigated and discussed.With plasma are remelting process,a remelting-chilling layer formed on the overlay surface.In the layer,the matrix structure transormed from y-Ni to Cro,FeNi220 and fine crystallite grains were obtained.Both abrasive and adhesive wear resistance were raised by plasma the remelting process. KEY WORDS plasma arc,remelting,overlay

北 京 科 技 大 学 学 报 年 一 ” 。 ， 以 及 部 分 和 硼 化 物 、 碳 化 物 组 成 受 基 体 激 冷 影 响 ， 重熔层 晶粒 细 化并 形成 微 晶组 织 重熔 处理 后 ， 基 喷焊层 抗磨 粒磨 损 和 粘 着 磨 损 能力提 高 参 考 文 献 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 雷永 平 ， 史耀武 ， 周 家瑾 西 安交通 大 学学 报 ， ， 王 彦 改 「学位论文 浙 江大 学 ， 一 一 ， ， ， ， 一 ， 下 一 ， 叮 ，