TiC對高鉻耐磨板顯微組織及耐磨性的影響

  在Q235A等低碳鋼或者低合金鋼基體上,采用藥芯焊絲自保護明弧方法耐磨板制備耐磨零件具有良好的經濟性、可靠性,且熔敷效率高,目前已廣泛應用于制備混凝土輸送管、水泥廠風機葉輪和磨煤輥等耐磨零件,其中鋼基體起支撐作用,而表面耐磨板耐磨合金層則起耐磨損或者抗腐蝕作用。與鑄造方式相比,以耐磨板方法制備耐磨零件可使材料整體成本降低,制備工藝趨于簡化,即使表面磨損后也可快速修復。耐磨合金層一般由高合金鋼組成,因基體稀釋作用影響,在耐磨板與基體之間形成一定寬度成分和組織不均勻分布的過渡區,焊縫熱輸入量越高,母材稀釋越大,過渡區也愈寬。該過渡區常包括亞共晶結構在內的晶界樹枝狀或者網狀碳化物,而這些樹枝狀或者網狀碳化物在外界沖擊碾壓下,難以變形,易萌生顯微裂紋并沿晶界擴展而造成熔敷合金層龜裂剝落。不僅如此,作為耐磨骨架的樹枝狀、網狀碳化物尺寸過于細小,其耐磨粒磨損性能比含有初生碳化物的耐磨板合金低,致使零件過早失效而影響設備正常運行。鑒于上述原因,嘗試在高鉻藥芯焊絲中加入TiC,研究其對耐磨板合金各層顯微組織及性能的影響,并考察了熔敷表層的耐磨性及磨損機理。

  藥芯焊絲外皮采用H08A鋼,藥芯由高碳鉻鐵(60%Cr,8%C)、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、石墨(碳含量98%以上)、還原鐵粉等粉末組成。所用藥粉過60目篩后混合均勻,由藥芯焊絲成型機YHZ-1軋制Φ4.6mm粗絲,拉拔減徑直至Φ3.2mm。在125mm×60mm×16mm的Q235A試板中間,利用MZ-1000焊機采用自保護明弧方法耐磨板兩層,耐磨板參數為:電流450~500A,電壓30~40V,小車行走速度20~25cm/min,層間溫度150~250℃。明弧焊縫成型好,表面殘渣少。通過僅改變藥芯焊絲藥粉中TiC含量,余量部分用還原鐵粉補充,TiC含量為0~5%。耐磨板合金成分(質量分數,%)為:19~21Cr,4.2~5.0C,0~0.9Ti,0.8~1.0Mn,0.6~1.0Si,Fe余量。

  因母材稀釋作用,從熔合線到耐磨板合金表層,耐磨板合金層的顯微組織呈現如下分布:固溶體→亞共晶→共晶→過共晶。碳在熔合線微區分布較為均勻,Cr、Si合金元素則增加且跳躍擇優分布。藥芯焊絲外加TiC顆粒可降低母材對填充金屬的稀釋影響,減小耐磨板合金層的各向異性,使耐磨板層各部分組織和性能穩定,改善耐磨板合金的耐磨性,提高零件服役壽命。高鉻明弧耐磨板合金耐磨性隨TiC含量提高而增強,但因TiC加入過量、碳化物細化而使耐磨性下降。其主要磨損機理為微觀斷裂。