第４８卷第４期机械工程学报Ｖ０１．４８Ｎｏ．４２０ｌ２年２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧｍＥＥＲＩＮＧＦｅｂ．２０１２ＤｏＩ：ｌＯ．３９０ｌ，ＪＭＥ．２０１２．０４．０７８Ｃｒ５系堆焊合金碳、铬过渡形式对高温磨损性能影响的研究王清宝１，２史耀武１栗卓新１王立志２李侠２肖静２（１．北京工业大学材料科学与工程学院北京１００１２４；２．中冶建筑研究总院有限公司焊接所北京１０００８８）摘要：在轧辊堆焊复合制造中，为节约贵重碳化物及提高堆焊材料的性价比，在堆焊熔敷金属成分基本保持不变的条件下，利用埋弧堆焊研究药芯焊丝碳、铬不同加入方式对堆焊合金微观组织与性能的影响。通过磨损试样前后硬度、高温拉伸、常温韧性与高温磨损量的量化，结合磨损前后金相组织、扫描电镜等辅助手段分析微观组织、加入方式与耐磨性之间的关系；结果表明：堆焊金属６００℃的高温耐磨性能与合金高温强度及硬度呈正比，并随合金韧性的增加耐磨性能提高；直接加石墨和铬粉的药芯焊丝堆焊熔敷金属的耐磨性能优于在焊丝中直接加碳化铬的堆焊熔敷金属。高温磨损是合金氧化、切削、疲劳开裂与剥离等多种因素作用的结果，理想的高温耐磨堆焊材料不仅与采用的堆焊合金系有关，还与堆焊金属的显微组织、抗氧化性能及高温强韧性等因素有关。同时得出改变合金的加入方式是不添加变质剂及外加激振法外，能够促使组织均匀及强化熔敷金属的另一种方式。关键词：Ｃｒ５系合金堆焊轧辊耐磨性中图分类号：ＴＧ４３０ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｎｎｕｅｎｃｅｏｆ１１ｒａｎｓｉｔｉｏｎ１Ｖ～ｈｙｏｆＣａｒｂｏｎａｎｄＣｈｒｏｍｉｕｍｏｆＣｒ５ＳｅｒｉｅｓＨａｒｄｆａｃｉｎｇＡｌｌｏｙｏｎＨｉｇｈ·ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＷｅａｒＰｒｏｐｅｒ够ｗＡＮＧＱｉｎ曲ａ０１’２ｓＨＩＹａｏ、珊１ＬＩｚｈｕｏｘｉｎｌｗＡＮＧＬｉｚｈｉ２ＬＩｘｉａ２ｘ队ｏＪｉｎ孑（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔ舐ａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇｕｎｉＶｅｒｓ时ｏｆＴｃｃｌｌｎｏｌｏ烈Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４；２．ＷｅｌｄｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｅｎ仃ａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇ锄ｄＣｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＭＣＣＧｒｏｕｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８８）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｒｏｌｌｗｅｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｓ沁ｍ柚ｕｆａｃｔＩｌｒｅ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓａｖｅｐｒ。ｃｉｏｕｓｃａｒｂｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｃｏｓｔ－ｅｆｒｅｃｔｉｖｅｏｆｈａｒｄｆ砬ｉｎｇｍ砷讯ａｌ，也ｅｓｕｂｍｅ唱ｅｄａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｏｆｎｕｘ—ｃｏ∞ｄｗｉｒｅｓｉｓｕｓｅｄｗｈｉｌｅｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｃｄｍｅｔａｌｒｅｍａｉｎｅｄ蚰ｃｈ锄ｇｅｄｉｎｏｒｄｃｒｔ０化ｓｅａｒｃｈｔｈｅｉｎｎｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｒｅｒｅｎｔｃａｒｂｏｎ，ｃｈｒｏｍｉｕｍａｄｄｉｎｇ、Ⅳ霉Ｉｙｓｔｏｄ印ｏｓｉ钯ｄｍｅｔａｌｍｉｃｒｏｓ仃ｔｌｃｔｕｒｅ锄ｄｐｒｏｐｅｎｉｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｂ伯ｓｉｏｎｈ｛咄ｅｓｓ，ｈｉｇｈｔｅｎｓｉｌｅ，ｈｉｇｈｒｏｏｍｔ锄ｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ雒ｄｑ啪ｔｉ匆ｉｎｇｔｈｅ锄。吼ｔｏｆｗｅ雒ｏｆｍｅｓ砌ｐｌｅｂｅｆ．ｏｒｃａｎｄａｆｔｅｒ’ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅ柳ｅ％ｌｎｉｃｍｓ觚ｃｔＬ鹏，ａｄｄｉｎｇｗａｙｓ蛆ｄｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓ锄ａｌｙ∞ｄｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅＩｎｉｃｒｏｓ虮ｌｃｔｕｒｅｂｅｆｏ∞觚ｄａＲｃｒｗｅ碣ｓｃ蝴ｉｎｇｅｌｅｃｎＤｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ柚ｄｏｍｅｒａｉｄｓ．Ｗｈ∞Ｃｒ５ｓｃＴｉｅｓｈａｒｄｆａｃｉｎｇａｌｌｏｙｓａ∞吣ｅｄ，∞ｔｈｅｂ酗ｉｓｏｆｋ叭ｌｆ砬ｉｎｇｄｅｐｏｓｉｔｃｄｍｅｔａｌ岫ｃｈａｎｇｅｄｂａｓｉｃａｌｌｙ，ｉｔｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄａ＿ｂｏｕｔｔｈｅｉＩｌｆＩｕｅｎｃｅｏｆｄｉ伍ｍｔｏｆｋｅ印ｉｎｇｍｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｄｄｉｔｉｏｎｗａｙｓｏｆｃａｒｂｏｎ蛆ｄｃｈＩＤＩｎｉ啪ｏｎｍｉｃｒｏｓｔ九∞ｔＩｌｒｅａｎｄｐｒｏｐｃｎｉｅｓｏｆｋ耐ｆｋｉｎｇａｌｌｏｙ－Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔ１１ａｔｔｈｅｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔＩｌｒｅｗｅａｒ佗ｓｉｓｔａＩｌｃｅｏｆｈａｒｄｆ她ｉＩｌｇｍｅｔａｌｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｌｌｅｈｉｇｈ－锄ｍｐｅｒａｎｌｒｃｓ仃∞ｇｔｈ蛆ｄｈ砌ｌｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｌｏｙａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ６００℃，柚ｄｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅ硒ｅｏｆａｌｌｏｙｔｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｆｏｒｔｌｌｅｎｕｘ－ｃｏｒｅｄｗｉ∞ｗｉｔｈｄｉｒｅｃｔ瓤ｌｄｉｔｉｏｎｏｆ鲫ｈｉｔｅａｎｄｃｈｒｏｍｉｕｍｐｏｗｄｅｒ＇ｔｈｅ、他ａｒ佗ｓｉｓｔａｌｌｃｅｏｆＩｍｒｄｆ．ａｃｉＩ培ｄ印ｏｓｉｔｅｄｍｅｔａＩｉｓｍｕｃｈｂｅｎｃｒｔｌｌａｎ廿ｌａｔｗｉｔｌｌｄｉｒｅｃｔａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｃｈｍⅡｌｉ啪ｃａｒｂｉｄｅ．Ｈｉｇｈ．ｔｅｍｐ锄ｔｌＩｒｃｗｅ盯ｒｅｓｕｌｔｓ丘口ｍｍｕｌｔｉｐＩｅｆｂｔｏｒｓｉＩｌｃｌｕｄｉｎｇａｌｌｏｙｏｘｉ捌ｏｎ，ｃＩｎｔｉｎｇ，ｆ撕ｇ眦ｃｒ∽ｋｉｎｇ锄ｄｓ仃ｉｐｐｉｎｇ，ｅｔｃ．Ｉｄｅａｌｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅａ卜ｒｅｓｉｓｔａ】吡ｈａｒｄｆ如ｉｌｌｇｍａｔｅｒｉａｌｄ印ｅｎｄｓｏｎｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅａｌｌｏｙｉＩｌｇｓｙｓ锄ｍａｄｏｐｔｃｄｂｙｈａｒｄｆｋｉｎｇｍｅｔａｌ，ｂｕｔａＩｓ０ｏｔｈｅｒｆａｃｔｏ璐ｓｕｃｈ鹪ｍｉｃｒｏｓ仇ｌｃｔｌｌｒｅ，ａｎｔｉ·ｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｎｙ，ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ订ｅｌｌｇｔｌｌ勰ｄｔｏｕｇｈｎｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｆ０坞，ｃｈａＩｌｇｉｎｇｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｗａｙｏｆａｌｌｏｙｓｍａｙｓ打ｅｎｇｔｌｌ如ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｍｅｔａｌｗ油ｏｕｔｎｅｅｄｏｆｍｏｄｉｆｙｉｎｇａｇ锄ｔｓ柚ｄｅｘ锄ｍｌｆｉｅｌｄｃｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｒ５ｓ舐ｅｓａｌｌｏｙＨａｒｄＢｌｃｉｎｇＲｏｌｌＷｅ盯ｒｅｓｉｓ咖∞ｅ２０ｌ１０８ｌｌ收到初稿，２０ｌｌｌｌｌ７收到修改稿万方数据２０１２年２月王清宝等：ｃｒ５系堆焊合金碳、铬过渡形式对高温磨损性能影响的研究７９Ｏ前言在轧辊堆焊复合制造中，要根据轧辊的服役工况选择堆焊材料ｌｌＪ，提高轧辊的耐磨、抗腐蚀等性能。轧辊工作时，轧辊表面在经受高温和负载作用的同时，与被加工金属表面不断接触，所以高温磨损是轧辊表面失效的重要原因【Ｚ。Ｊ。国内外许多学者对轧辊磨损方式及影响因素进行了广泛研究，ＣＨＡＮＧ等【４弓１认为宏观硬度、硬质相质量分数、类型及微观组织的粗糙度都决定着材料的高温耐磨性能；ＹＵＣＥＬ等【０１认为抗氧化性能及高温载荷等是耐磨性能的重要因素；朱远志等“１通过对合金的磨损情况研究表明，其主要的磨损机制是塑性剪切变形和犁沟效应，其次粘着磨损和疲劳磨损也是合金表面磨损机制之一。李长虹等瞵１认为在高温磨损环境下运行的合金钢导辊其磨损机理主要为硬质点的脱落；孟凡军等ｐ１认为堆焊层的磨损方式为犁削和局部疲劳层状脱落。因此，轧辊磨损的过程，受不同因素如磨料磨损、氧化磨损、热疲劳和热冲击、疲劳磨损开裂和粘着磨损等各种因素的整体影响，磨损也涉及微观和发生在轧辊和轧辊材料接触界面的动态过程，几乎不可能直接观察。为提高高温磨损性能，通常改变合金元素的质量分数以提高耐磨性，徐流杰等Ｉｌ叫在轧辊中加入钒铁；ＹＡＮＧ等【Ｊｕ在焊条中加入钒铁，钛铁和石墨提高耐磨性能；ＣＨＡＮＧ等Ｈ在焊条中加入ＦｅｗＴｉＣ和ｗＴｉＣ提高耐磨性；ＬＵＡＮ等【ｌ副采用加入ＳＲ提高材料性能。但是ＣＨＡＮＤＥＬＩ¨ｊ指出当选择合适的堆焊合金时，磨损类型、环境、焊接性及性价比均要考虑；Ｇ趾氓Ｉｌ刮指出尽管提高硬度能够提高金属的耐磨性能，但是碳化物的类型和尺寸对耐磨性至关重要：ＣＨＡＮＧ等【Ｉ｝ｍｊ指出焊缝中要取得均匀分布的碳化物要优化合金，所以，为提高堆焊熔敷金属的耐磨性能要同时考虑堆焊熔敷金属的硬度及堆焊微观组织。Ｃｒ５合金系采用添加钼、铌、钨、钒和钴等元素强化马氏体基体，表面硬度可以达到７０ＨＳ左右，并兼有良好的力学性能和耐磨性，目前已成为热轧板带轧机轧辊修复材料的主要选择对象【ｌ¨。针对Ｃｒ５合金体系，在堆焊合金主要成分不变的前提下改变药芯焊丝中碳、铬元素的加入方式，即直接加入碳化铬或加入铬铁及石墨，研究两种焊丝堆焊熔敷金属的显微组织及对力学性能及高温磨损性能的影响，进而优化堆焊合金的加入方式，为提高堆焊材料的性价比提供依据。万方数据１材料与试验方法堆焊金属在保持合金元素质量分数基本相同的前提下，采用不同方式添加合金元素碳和铬，分别制成郝．２Ｉ砌的堆焊药芯焊丝，采用的碳化铬、石墨、铬铁的粒度均在１２０～１８０岬（８０～１２０目）。堆焊配方中加入适量的碳化铬，编号为ｌ号；堆焊配方中加入适量石墨和铬铁，编号为２号，两种配方均不添加其他能够带入碳、铬的合金。采用Ｍｚ．１．１０００埋弧焊机，直流反接，在Ｑ２３５钢板上堆焊制备试样，堆焊材料采用研制药芯焊丝及烧结焊剂ＳＪ６０４。堆焊试板尺寸为２５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２５ｍｍ，多道多层堆焊，堆焊层宽度为７０ｍｍ、厚度为２２ｍｍ。试板堆焊工艺：焊接电流３６０～３８０Ａ、电弧电压２９～３ｌＶ、焊接速度４００～４３０删州ｍｉｎ、焊丝伸出长度２０～３５ｍｍ、焊道搭接５０％～６０％、层间温度２８０～３４０℃。堆焊试板缓冷到室温后，进行５５０℃×３ｈ回火热处理。取样深度不得低于第３层堆焊金属。拉伸试验按ＧＢ厂ｒ２６５２—２００８进行，制取直径为６ｍｍ的拉伸试样，进行常温及６５０℃高温拉伸试验。同时制取Ｃｈａｆｐｙ冲击试样，常温下冲击。微观硬度试验采用ⅢｖＩＴ－３显微硬度计测定硬度。采用Ｎｅｏｐｈｏｔ２ｌ显微镜观察堆焊金属组织；在堆焊层表面钻取金属屑，进行化学成分分析。采用ｍＴＡＣｍＳ．３５００Ｎ扫描电镜观察堆焊熔敷金属形貌；采用ＯＸＦＯＲＤＩｎｃａ附件进行微区成分分析。制成西６咖×１５ｎｕｎ的试棒，在ＭＧ．２０００型高温磨损试验机上进行盘销磨损试验，盘的材料为３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ，热处理后室温硬度为５９ＨＲＣ士１．５ＨＲＣ。磨损试验条件：转速３０８ｒ／ｍｉＩｌ；磨损温度６００℃（炉膛温度到６００℃时，保温ｌＯｍ：ｉ１１）：磨损载荷２Ｉ漾；磨损１５ｍｉｎ。２试验结果２．１堆焊熔敷金属化学成分堆焊熔敷金属的化学成分见表１，两种合金加入方式的堆焊金属化学成分没有显著差异。表ｌ堆焊熔敷金属的化学成分（质量分数）％编号ＣｃｒＶＭｎＭｏＮｉＳｉＦｅ１Ｏ．２２４．５ｌＯ．５０１．２６２．４２２．８８Ｏ．４２余量２Ｏ．２２４．５８Ｏ．４９１．２２２．４６２．８２０４６余量机械工程学报第４８卷第４期２．２熔敷金属强韧性拉伸及冲击试验结果如表２所示。试验发现，随回火温度的提高，堆焊熔敷金属的高温强度下降，但塑性明显提高，如５５０℃×３ｈ热处理的抗拉强度约是６５０℃×３ｈ的１．５倍，但断面收缩率仅是６５０℃×３ｈ的５０％左右；同一热处理状态下，无论是常温还是高温拉伸的抗拉强度ｌ号试样要比２号高约３％，但塑性和冲击韧度却明显下降，如２号断面收缩率比１号高约１０％，韧性提高了约５０％。表２堆焊熔敷金属的力学性能（均值士方差）热处理磨损状态抗拉强度伸长率断面收缩率一ｋｖ，（Ｊ·ｃⅡｌ’吸收能量．ｏｂ，ＭＰａ刮％叫％可见，改变碳、铬的加入方式，可使堆焊熔敷金属在常温及高温强度变化不大的情况下，韧性、塑性得到提高，改善了堆焊熔敷金属的强韧性能。２．３高温耐磨性能夹送辊一般工作温度为５００～７００℃，所以本文采用６００℃下进行磨损试验。由于磨损过程中金属间的急剧摩擦，实际接触面的温度约为６５０℃，所以选用６５０℃进行高温拉伸试验。本文采用相对耐磨系数ＪＲ表征相对耐磨性，设定６５０℃×３ｈ回火的ｌ号堆焊熔敷金属的磨损量为Ｂ，试样平均磨损量为彳。相对耐磨系数用Ｒ利倡表示。相对耐磨系数越小，表示材料耐磨性能越好。不同热处理状态下力学性能如图１ａ、１ｂ所示，磨损１５Ｉｌｌｉｎ后的试验结果如图１ｃ所示。图ｌ表明，不同热处理温度下，ｌ号、２号堆焊熔敷金属的高温相对耐磨系数随高温强度及硬度的提高而减小，说明耐磨性能跟高温强度及磨损前后的硬度呈正比，如回火温度从５５０℃提高到６５０℃，试样的高温强度及磨损前后的硬度均明显下降，导致相对耐磨系数提高，耐磨性能变差。另外，２号试样的相对耐磨系数要低于１号，如５５０℃热处理后，ｌ号的高温抗拉强度及表面硬度均高于２号，但其抗耐磨性能却较２号差。所以，尽管堆焊熔敷金属成分一致，但由于加入形式不同，导致高温耐磨性能及力学性能不同，结合表２可知，相对耐磨系数随韧性的增加而减小，说明堆焊熔敷金属的耐磨性随韧性的增加而提高。万方数据一岁Ｚ越魁露疆焊态５５０℃×３ｈ６５０℃×３ｈ（ａ）不同状态磨损前后硬度罡罢手越氍搿堰ｐ禽。ｌ号２号ｌ号２号５５０℃×３ｈ６５０℃×３ｈ（ｂ）不同热处理状态６５０℃的抗拉强度宅籁幡蛰梭莨舞焊态５５０℃×３ｈ６５０℃×弛（ｃ）不同状态下高温相对耐磨系数图ｌ高温耐磨性与力学性能３讨论ｌ号和２号堆焊熔敷金属经５５０℃回火后的显微组织如图２所示。图２ａ、２ｃ的显微组织为板条状马氏体组织的基体上分布着一些残余奥氏体；２号显微组织比较均匀。图２ｂ、２ｄ分别是１号、２号的扫描电镜照片。发现１号表面的颗粒状物质呈现凸出状，能谱分析如表３所示，凸出部分的钼、钒、铬质量分数似、曰区域）较基体（Ｃ、Ｄ、Ｅ区域）高，这些硬度较高的突起可能属于某种硬质相。２号堆焊熔敷金属表面比较平整，线扫描发现主要元素（Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ）波动不明显，ＥＤＳ分析２号试样的晶界旷区域）及晶内（Ｇ区域）合金质量分数相差不明３．１显微组织２０１２年２月王清宝等：ｃｒ５系堆焊合金碳、铬过渡形式对高温磨损性能影响的研究８１显，可见２号堆焊熔敷金属合金兀索分布比较均匀。（ｄ）２号ｓＥＭ形貌图２１号和２号堆焊熔敷金属的显微组织表３堆焊熔敷金属的能谱分析结果％３．２高温耐磨性能ｌ号试样高温磨损后的表面微观形貌见图３，能谱分析如表４所示。２号试样高温磨损后的表面万方数据形貌如图４所示。１号和２号试样磨损表面主要以氧化和粘着磨损为主，存在多量的氧化膜破裂，磨损表面上均出现较多的裂纹，某些区域上产生大的滑沟及切削。ｄ）硬质栩阻碍磨损图３５５０℃回火１号试样的磨损形貌表４图３ｃ、３ｄ的能谱分析％机械工程学报第４８卷第４期ｌ号裂纹数量众多，裂纹比较密集，甚至形成龟裂。图３ｃ在表面损伤严重的地方裂纹较多，表面磨损很不均匀，图３ａ所示区域表面磨损均匀，但图３ｂ～３ｄ所示区域磨损严重。２号磨损表面如图４所示：表面裂纹较浅，且裂纹方向大都跟磨损方向垂直，也有少量平行，表面磨损比较均匀。ｌ号试样表面的磨屑多聚集在凸起周围且产生数量众多的裂纹。图４５５０℃回火２号试样的磨损形貌图５ａ、５ｂ为ｌ号焊态及６５０℃×３ｈ回火的显微组织。随回火温度的提高，回火后的堆焊熔敷金属碳化物析出量增多，回火组织分解明显且粗大，导致高温抗拉强度及硬度下降。试样磨损前在６００℃下保温１０Ｉｎｉｎ，目的使炉温和堆焊熔敷金属试样温度达到６００℃左右，磨损ｍｉｎ，即在磨损过程中试样要经过６００℃回火２５ｍｉｌｌ，堆焊金属磨损后的组织如图５ｃ、５ｄ所示，磨１５（ｄ１６５０℃回火磨损后组织损前的组织如图５ａ、５ｂ所示。磨损后的组织比磨损图５ｌ号磨损试样的显微组织前组织的回火程度高，组织粗大，碳化物分解更完全。而６５０℃回火的试样磨损后的组织比未回火的组织粗大，碳化物分解得更为完全，文献【１８】也指出：５％ｃｒ钢在高温回火中由于碳化物析出和位错密３．３两种堆焊金属的耐磨性能相同温度回火热处理条件下，１号、２号堆焊熔敷金属的耐磨性能跟高温抗拉强度及磨损前后的硬度呈负相关，如经过５５０℃ｘ３ｈ回火，虽然１号度的降低，同时基体中固熔强化的合金减少，致使产生回火马氏体的软化，而超过６００℃后碳化物聚集长大及位错密度下降联合作用导致马氏体材料进一步软化，导致磨损过程中发生软化。如图１和表２所示，在磨损过程中，随回火温度的升高，堆焊熔敷金属的高温强度、硬度及耐磨性均下降。万方数据的高温抗拉强度及磨损前后硬度高于２号，但耐磨性却比２号差一些。由图３ｃ、３ｄ可见：ｌ号试样的磨损表面不平整磨损表面易破裂形成剥落的地方多呈凸起状，表４能谱分析图３ｃ、３ｄ两图中凸起的成分，并与表３２０１２年２月王清宝等：ｃｒ５系堆焊合金碳、铬过渡形式对高温磨损性能影响的研究８３中图２ｂ能谱分析结果进行对比。图３ｃ的能谱分析可见：Ｂ’、Ｄ’、Ｅ’点的铬、钒、钼质量分数均比基体Ｆ’点的要高，成分分布趋势与堆熔敷金属表面图２ｂ中的硬质相凸起一致，而且从形貌上看跟堆焊熔敷金属表面形貌相似，说明此凸起（点彳’、曰’、Ｃ’区域）为硬质相。由图３ａ可见，１号堆焊熔敷金属若没有发生硬质相的剥离，磨损形貌主要为犁沟，与图４ａ、４ｂ所示的２号相差不大。但ｌ号表面的犁沟较浅，且表面上的磨屑（磨损残片）都较２号少。可见数量众多的硬质相在抵抗磨损方面有优秀的一面。在高硬度的磨盘作用下，磨盘表面的磨损缺陷或磨屑会对凸起切削磨损，造成更大的磨损，产生如图３ｃ、３ｄ所示的硬质相前端产生大面积的划伤，文献【１．２】也认为粗大组织及粗大碳化物形成元素是断裂韧度恶化的原因。在磨损过程中伴随着严重的氧化现象，从表４中图３ｃ的ＥＤＳ分析可知：彳７、矗’、Ｄ’、Ｅ’四点的氧质量分数数值比较均匀，说明氧化比较均匀。而氧化物磨屑聚集的爿’区域能谱分析铬、钒、铝质量分数较低，说明彳’区域的氧化层要比曰’、Ｄ７、Ｅ’、Ｃ’点厚，而彳’区域周围有从基体分离的部分，即Ｃ’点的氧质量分数低，而钒、钼、镍质量分数高；图３ｄ中Ｆ’、Ｇ，区域的能谱分析结果如表４所示，磨损后的Ｆ’点氧质量分数低，而稍前部分Ｇ’点的氧质量分数稍高。说明高温磨损过程属于边氧化边磨损的过程。１号堆焊熔敷金属表面经过一定时间的磨损，硬质相如一’、Ｄ’、Ｅ饲围由于基体硬度低，易磨损造成硬质相的凸起，加剧了硬质相的凸起程度；另一方面磨屑易在较大的凸起周围聚集与压实如在彳’、Ｂ’、Ｃ’区域，在磨损过程中遵循着不断重复着压实和剥落的循环机制。随硬质相的凸起及氧化皮的长大聚集表面易产生如图３ｂ～３ｄ所示硬质相附近的裂纹并易剥离，剥离加剧裂纹扩展，反过来又促进剥离的产生；同时氧化物膜较脆，基体韧性低（１号约为６．２Ｊ，而２号断裂韧度约为９ＭＰａ·ｍ“２），材质为３Ｃｒ２ｗ８Ｖ的母盘在磨损过程中对堆焊熔敷金属表面的硬质相、氧化膜起切削和磨损，造成堆焊熔敷金属表面磨损后凹凸不平，磨损严蕈。而２号试样组织成分比较均匀，促使堆焊熔敷金属的韧性、塑性好，基体不易产生裂纹，有利于耐磨性能的提高。总之，成分均匀的表面比不均匀的表面更有利于耐磨性的提高，成分均匀性及堆焊熔敷金属的韧万方数据性、塑性对高温耐磨性有至关重要的作用。高温磨损是由于氧化、切削、裂纹、疲劳剥层等多方面共同作用的结果，理想的高温耐磨堆焊材料的获取不仅与堆焊合金体系有关，而且与堆焊熔敷金属的微观组织有关，要从材料的抗氧化性能、高温强度、韧塑性及微观组织等方面综合考虑。４结论（１）不同回火温度，两种焊丝堆焊熔敷金属的高温耐磨性能跟高温强度及磨损前后的硬度呈正比，而且加石墨和铬粉堆焊药芯焊丝堆焊熔敷金属的相对耐磨系数要低于加碳化铬堆焊药芯焊丝的堆焊熔敷金属。（２）随回火温度的提高，堆焊熔敷金属的高温强度下降，但塑性明显提高；同一热处理状态下，无论是常温还是高温抗拉强度，直接加碳化铬的药芯焊丝试样要比加石墨和铬粉的药：签焊丝试样高，但塑性和冲击值却明显下降。；（３）加碳化铬的药芯焊丝堆焊熔敷金属有硬质相存在，磨屑易聚集在硬质相附近，磨损过程中造成破裂及剥离；而加石墨和铬粉的药芯焊丝堆焊熔敷金属的化学成分比较均匀，且塑性、韧性好等原因造成同一热处理状态下的耐磨性更好一些。（４）．从微观组织、高温磨损及性价比考虑，堆焊药芯焊丝中直接加入铬铁和石墨要优于直接加碳化铬。参考文献ｎ】ＢＥＨＣＴＧ，ＮＩＺＪＷＥ硼Ｋ．Ｗｂ盯ｂｅｈａｖｉｏｌｌｒｏｆｂｕｌｌｄｏｚｅｒｒｏｌｌｅｒｓｗｅｌｄｅｄｕｓｉｎｇａｓｕｂｍｅ珞ｅｄａｒｃ、Ⅳｅｌｄｉｎｇｐｍｃｅｓｓ【Ｊ】．Ｍａｔ喇“ｓ锄ｄＤｅｓｉ缈，２００３，２４：５３７—５４２．【２】ＩＮＭＡＮＩＡ，ＤＡｎ’ＡＳ，ＤＵＨＬ，ｅｔａ１．Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｏｆｇｌａｚｅｄ１ａｙｅｒｓｆｏ加ｅｄｄｕ如ｇｈｉｇｈｔ啪ｐｅｍｔＩｌｒｅｓｌｉｄｉｎｇｗｅａｒａｔ７５０℃【Ｊ】．ｗｅａｒ，２００３，２５４：４６ｌ＿４６７．【３ｌＰＡＵＳＣｍＴＺＡ，ＲＯＹＭ，ＦＲＡＮＥＫＦ．Ｍｅｃｈａｌｌｉｓｍｓｏｆｓｌｉｄｉｎｇｗｅａｒｏｆｍｅｔａｌｓ姐ｄａｌｌｏｙｓａｔｅｌｅＶａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｌｌｌｒｅｓ［”％ｂ０１．Ｉｎｔ．，２００８，４ｌ：５８４·６０２．［４】ＣＨＡＮＧＫＫ，ＬＥＥＳ，儿ＪＮＧＪＹｅｔａ１．Ｅ疗ｃｃｔｓｏｆｃｏｌＩｌｐｌｅｘｃａｒｂｉｄｅ触ｃｔｉｏｎｏｎｈｉｇｈ—ｔｅｍ掣悃ｔｕｒｅｗｅａｒｐｍｐｅｎｉｅｓｏｆｈａｒｄｆｋｉｎｇａｌｌｏｙｓｒｅｉⅢ’０ｒｃｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｃａｒｂｉｄｅｓ【Ｊ】．Ｍａｔ耐ａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ蛆ｄＥｎｇｉＩｌ∞血ｇ：气２００３，３４９（１－２）：ｌ－１１．【５】ｗＩＮＫＥＬＭＡＮＮＨ，ＢＡＤＩＳＣＨＥ，ＫＩＲＣＨＧＡＢＮＥＲＭ，ｅｔａ１．Ｗｅａｒｍｅｃｈ柚ｉｓｍｓａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｐａｎｌ：Ｗｂ盯ｍｅｃｈ觚ｉｓｍｓｏｆｄｉ疗ｅｒｅｌｌｔＦｅ－ｂａＳｅｄａｌｌｏｖｓａｔｅｌｅｖａｔｃｄ机械工程学报第４８卷第４期娜ｒａｔｌＩｒｅｓ【Ｊ】．秭ｂ０１．Ｌｅ＝ｔｔ．，２００９，３４：ｌ５５一ｌ６６．【６】ＹＵＣＥＬＢ．Ｈｉｇｈ－ｔ咖ｐｅｍｔｕｒｅａｂｒ鹬ｉＶｅｗｅ盯ｔｅｓｔｉｎｇｏｆ叫∞ｔｉａｌｔｏｏｌｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｔｈｉ）【ｏｆｏｍｉｎｇｏｆｓｔｅｅＩｓｍ确ｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ，２０ｌＯ，４３：２２２２—２２３０．【７】朱远志，林启权，尹志民，等．轧钢过程中导卫用ｗｃ—Ｃｏ基合金的磨损机理与组织变化叨．机械工程学报，２００５，４１（４）：２１２—２１４．ＺＨＵＭ瑚ｚｌｌｉ，ＬＩＮＱｉｑ啪，ＹⅢｚ１１ｉｍｉｎ，ｅｔａ１．Ｍｉｒｏｓｔｍｃｔｕｍｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎ锄ｄｗｅａｒｍｅｃｈ锄ｉｓｍｏｆＷＣ．Ｃｏｂａｓｅｄａｌｌｏｙ懈ｅｄｆｏｒｇｕｉｄｅｒｏｌｌｃｒｉｎｔＩｌｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｅｅｌｒｏｌｌｉｎｇ［Ｊ】．ｃｈｉｎｅＳｅＪｏ啪ａｌｏｆＭｅｃｈ粕ｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，４１（４）：２１２－２１４．【８】李长虹，何庆复．耐高温磨损的合金钢导辊及高温耐磨性能研究【Ｊ】．机械工程学报，２００１，３７（４）：８６－８８．ＬＩＣｈ粕ｇｌｌｏｎｇ，ＨＥＱｉｎｇｆｌｌ．Ｓｔｕｄｙ蚰ａｌｌｏｙｓｔｅｅｌｇｕｉｄｅｒｏＩｌｅｒｗｉｔｈ、Ⅳｅａｒ此ｓｉｓｔａ】∞ｅａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅ怕ｔＩｌｒｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｒｉｓｔｉｃｏｆｗｅａｒｒｅｓｉｓｔ粕ｃｅ【Ｊ】ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｍｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅ鲥ｎｇ，２００ｌ，３７（４）：８６－８８．【９】孟凡军，朱胜，巴德玛．４５ＣｆＮｉＭｏＶＡ钢堆焊修复层组织及摩擦学性能【Ｊ】．机械工程学报，２００８，４４（４）：１５０．１５３．ＭＥＮＧＦａｎｊｕｎ，ＺＨＵＳｈｅｎｇ，ＢＡＤｅｍ．Ｍｉｃｍｓ劬ｌｃｔｍ℃ａｎｄｂｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｐｅｒｆ．ｏｍ柚ｃｅｏｆ４５ＣｒＮｉＭｏＶＡｓｔｔ圮１ｗｅｌｄｅｄｓｕｒｆｋｉｎｇｌａｙｅｒ阴．Ｃｈｉｎｅ∞Ｊｏ啪ａｌｏｆＭｅｃｈ柚ｉｃａｌＥｎｇｉｎｅ耐ｎｇ，２００８，４４（４）：１５０．１５３．【ｌＯ】徐流杰，魏世忠，邢建东，等．碳化物对冷轧条件下轧辊中裂纹行为的影响【Ｊ】．机械工程学报，２００８，４４（９）：５０．５５．ｘｕＬｉｕｊｉｅ，ｗＥＩｓｈｉｚｈｏｎｇ，ⅪＮＧＪｉ蛆ｄｏｎｇ，ｃｔａ１．Ｅ敝ｔｏｆｃａｒｂｉｄｅｓ蚰ｃｍｃｋｂｅｈａｖｉｏｒｗｉｎｌｉｎＩ．ｏＵｓｕｎｄｅｒｃｏｌｄｒｏｌｌｉｎｇｃ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作者：作者单位：
王清宝， 史耀武， 栗卓新， 王立志， 李侠， 肖静， WANG Qingbao， SHI Yaowu， LI Zhuoxin，WANG Lizhi， LI Xia， XIAO Jing
王清宝,WANG Qingbao(北京工业大学材料科学与工程学院 北京 100124;中冶建筑研究总院有限公司焊接所 北京 100088)， 史耀武,栗卓新,SHI Yaowu,LI Zhuoxin(北京工业大学材料科学与工程学院 北京100124)， 王立志,李侠,肖静,WANG Lizhi,LI Xia,XIAO Jing(中冶建筑研究总院有限公司焊接所 北京100088)
机械工程学报
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING2012,48(4)1次
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