微观组织对Fe-Cr-C表面硬化堆积物的高应力耐磨性能的影响外文翻译资料

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焊接世界（2014）58:491-497

DOI 10.1007/s40194-014-0132-0

学术论文

The effect of microstructure on high-stress abrasion resistance of Fe-Cr-C hardfacing deposits

微观组织对Fe-Cr-C表面硬化堆积物的高应力耐磨性能的影响

作者：M. Morsy·E. El-Kashif

接收: 21 November 2013 /接受: 20 March 2014 /网上公布: 26 April 2014

copy;国际焊接学会2014

摘要：使用两个覆盖的电极和两个管状电极进行低碳钢的表面改性实验。两个覆盖的电极分别是DIN 8555：E6-UM-60和E10-UM-60GR（覆盖）; 然而，两个管状电极分别是E10-GF-60GR1（管状）和E10-GF-60GR2。进行了焊接金属的化学分析和用于管状电极的覆盖电极和焊剂芯的焊剂覆盖层的XRD，并以此来确定耐磨性能的最重要因素是沉积层的微观结构。 在类似的碳等效电极E10-UM-60GR（覆盖）和E10-GF-60GR1（管状）的实验中，电极E10-GF-60GR1（管状）显示出比电子E10-UM-60GR（覆盖）更大的碳化物面积分数和更好的耐磨性能。 这可归因于与覆盖电极相比较较低的与管状电极相关的稀释。两个管状电极显示出比覆盖电极更高的耐磨性能，这主要是由于更大的Fe-Cr碳化物沉淀面积分数。

关键词：表面处理、碳钢、覆盖电极、微观组织、耐磨性能

1简介

半自动和自动气体金属电弧焊（GMAW）焊剂和芯焊丝表面通常用作新的机器部件的表面和磨损的机器部件的表面[1-3]。 这种表面经常应用于广泛的行业，用于提高接触表面的耐磨性能[4,5]。 据报道，50-60％的机械元件由于磨损磨损而磨损，磨损磨损更加具有许多形式，包括低应力，高应力，干或湿磨损。

由于其相对低的成本和易于应用，通常使用铁基表面硬化材料。在这些材料中，高Cr合金特别有吸引力，因为碳化物提供增强的耐磨性能[6]。在铁基硬质表面中，存在许多微观结构和组成上的宽差异，其提供不同的耐磨性能。 Kotecki和Ogborn [5]研究了许多铁基表面硬化合金的低应力耐磨性能;他们认为微观结构是耐磨性能的最重要因素。相反，维护工程师坚持提高硬度的硬度导致更好的耐磨性能。虽然增加的硬度可以导致更好的耐磨性能，不同的硬度相似的硬度显示不同的耐磨性能[7]。

熔基金属的稀释是堆焊参数的一个重要参数。稀释程度的控制与否，是可以根据热输入和表面技术来进行确定的 [8,9]。

Doc.IIW-2477, 由委员会推荐的“切割和堆焊”出版

M.Morsy(邮件)

中央冶金研究开发院，开罗，埃及

邮箱：morsy_abokhala@yahoo.com

E.El-Kashif

埃及吉萨大学开罗大学机械设计与生产系

邮箱：eelkashif@yahoo.com

在本研究中，使用两个商业上覆盖的电极和两个商业管状电极进行低碳钢的表面改性。使用手工金属弧（MMA）工艺，拥有更加低的成本和易于应用的优点，是超过熔化极气体保护焊GMAW的优点。实验结果表明，施加单层沉积物以获得最佳硬度值，并且将覆盖电极的结果与管状结构的结果进行比较。

表1 低碳钢化学成分，重量%

两种类型的铁基表面硬化电极合金用作表面硬化材料。 第一类型用作覆盖电极（DIN8555：E6-UM-60，电极：A），第二类型用作覆盖电极（DIN8555：E10-UM-60GR（覆盖），电极：B） DIN8555：E10-GF-60GR1（管状），电极：C）和（DIN8555：E10-GF-60GR2，电极：D）。 覆盖和管状电极都是用于MMA焊接工艺的电极。

2实验工作

2.1材料选择

实验选择10mm厚的软钢板作为表面硬化材料沉积的基础金属。于图表1中显示了软钢板的化学成分。

2.2焊接程序

手工金属弧MMA焊接工艺用于使用覆盖电极和管状电极来施加表面硬化材料。使用没有预热的沉积，并且焊接条件示于表2中。使用紧密焊缝间距技术用三遍来沉积一层。

2.3化学分析

对于两种类型的电极，分别使用光发射光谱和X射线衍射（XRD）分析进行电线和通量的分析。在焊接之后，最后的焊接层被研磨并使用光发射光谱分析。

2.4微观结构和硬度

使用冷却盘机从表面硬化钢板切割出样品，然后将其磨光并进行抛光，然后蚀刻样品并进行拍照。使用显微硬度试验测定硬度分布。实验条件：负荷为1000g，负荷时间为15s。

2.5磨损试验

使用摩擦试验机进行磨盘磨损试验; 所有试验都在试样和研磨盘之间的纯滑动条件下进行。 从焊接规格中切出尺寸（7.5mmtimes;11.5mmtimes;12mm）的磨损试验样品。 测试表面都使用60-SiC砂纸进行研磨，以确保测试的相等条件。 在测试之前和测试之后，使用超声波清洁器在丙酮中清洁测试样品，然后加权为四个小数。磨损测试条件为70N，10分钟，125rpm转速。 使用73毫米直径和60微米筛孔尺寸的碳化硅颗粒的研磨盘。 在测试期间，压缩空气流指向研磨盘的边缘，以避免磨损颗粒在盘上的累积。

表2 焊接规范

3结果与讨论

3.1电极和焊缝金属的化学成分

对管状电线的芯中的电极和焊剂的覆盖进行XRD。 电极（A）的覆盖层的XRD图案显示主要成分分别是方解石和铬铁。 实验表明，电极（B）覆盖层的XRD图案显示，与管状电极（C）和管状电极（D）的药芯的得到了类似的实验结果; 所有这些实验结果都显示出存在铁铬，石墨和方解石。

对于电极3的表，显示得出了它们的分析。它们都是A，B，C和D.，并且更加具有类似化学成分的低碳钢丝。 使用具有表2中提及的焊接条件的四个电极，并进行焊接。一个焊缝层由以紧密的焊道间距（50％重叠）焊接的三个焊道形成。 在该层的顶表面处的焊接金属的分析结果显示于表4中。

焊接金属，芯线和管材料的分析表明，焊接金属的主要成分主要由覆盖电极（A）和覆盖电极（B）的覆盖物或管状芯的芯中的焊剂产生 电极（C）和电极（D）。 使用单层技术，因为它给出最佳硬度值。 碳当量可以用于确定硬心是亚共晶的还是超不透明的。 公式表示如下[10]：

CE=%C 1/3 (%Si %P)一0.03 (%Mn)wt% (1)

Bazhenov和Pikunov [11]通过使用thermo-Calc程序绘制的Fe-C-Si-P-Mn-S体系的多热截面确定了碳当量。 通过回归分析，他们得到下面的碳当量的公式：

CE=%C 0.3（%Si） 0.33 ( %P)一0.015(%Mn) 0.26(%S)wt% （2）

使用方程 如图2中所示，发现电极B，电极C和电极D的焊接金属的碳当量分别为4、4.1和5.25。

电极A

电极B

电极D

电极C

图.1 焊条使用四个电极

然而，耐磨铸铁中的铬含量可能高达30％，这对共晶点有很大的影响[12]：

为了研究由合金元素引起的共晶点的可能变化，Bazhenov和Pikunov [11]确定了Fe-C-Si-Mn-Cr-V-Ti-P-S体系的多热截面上的共晶点 系统;它们使用的范围从ChKh22铸铁[碳（C）（2.4-3.6），硅（Si）（0.2-1），锰（Mn）（1.5-2.5），硫（S）（最大0.08），磷（P） 最大0.1），铬（Cr）（19-25），钒（V）（0.15-0.35）和钛（Ti）（0.15-0.35），参考标准GOST 7769-82。 他们发现，通过增加合金元素从ChKh22铸铁的下限到上限，共晶点从3.36变化到2.40％C. 通过考虑该发现，将电极B，C和D视为过共晶点作为共晶点将通过增加Cr含量而转移到L.H.S，这将由不同电极获得的微观结构确定。 Bazhenov和Pikunov显示的多热剖面显示（Cr，Fe）₇C₃于约1300℃开始沉淀[11]。

Buchanan等人[13] 研究了甘蔗工业中使用的MMA硬化剂的磨料磨损行为，他们发现硬化剂的耐磨性能主要由微观结构决定。亚共晶材料通过碳化物在基体内的分散及其承受应变硬化的能力，随后增强其对微孔和微切割的抵抗力，获得了其耐磨性能。 另一方面，过共晶体通过其初生和共晶碳化物来抵抗磨损。 然而，如果电极涂层富含碳和铬，它将产生更加具有过量碳化物体积的焊缝，这最终降低焊缝的耐磨性能。

先前的研究[14,15]坚持在碳化物体积分数超过一些临界值后，磨料耐磨性能降低。 这些研究表明临界值约为材料的30-35％。 超过临界值，基体成为磨损速率控制因素，而不是碳化物。

表4 使用四个电极的焊接金属的化学成分，wt％

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