论文部分内容阅读
以三元硼化物为硬质相的Mo-Cr-B-Fe系合金具有优异的耐磨耐蚀性能,是一种应用前景广阔的新型材料。本文设计并制备了Mo-Cr-B-Fe系合金粉块堆焊材料,采用氩弧和碳弧熔敷工艺制备熔敷金属,采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射、显微硬度计及磨损实验等方法,研究了Mo/B比、C含量、WC含量及熔敷工艺对熔敷金属组织及性能的影响,并从理论上分析了硬质相的形成机理和熔敷金属的相变过程。试验结果表明,采用电弧熔敷工艺,可以制备出以三元硼化物为硬质相的Mo-Cr-B-Fe系合金。Mo/B比不同的熔敷金属由Mo2FeB2和M3B2(M:Mo, Fe, Cr)等硬质相及Fe基固溶体组成。Mo/B比为0.34和0.44的熔敷金属中也形成Cr2B和Fe2B等共晶硼化物；硬质相和基体中均含有Mo、Fe和Cr等元素,硬质相中Mo的含量最高,而基体中Fe的最高；当Mo含量相同时,其熔敷金属显微硬度随B含量的增多而升高,最高约为1350HV,洛氏硬度为67.7HRC。Mo/B比为0.9、1.0和1.1的熔敷金属显微硬度随Mo/B比增大而增大,最高约为1000HV,其洛氏硬度为58.5HRC; Mo/B比为0.34的熔敷金属耐磨性最好。C含量不同的熔敷金属由Mo2FeB2、M3B2等硬质相,Cr2B等共晶硼化物及Fe基固溶体组成。合金粉块中C含量超过2%时,熔敷金属中还有(Fe, Cr)7C3、Fe23(B,C)6等粗大的碳化物及硼化物；氩弧熔敷金属的硬质相中的Mo、Fe和Cr的原子比为(5-7)：2：1；而碳弧熔敷金属的硬质相中Mo、Fe和Cr的原子比为(5-8)：3：1；熔敷金属的显微硬度随C含量增加先升高后降低。氩弧熔敷金属的最高显微硬度为1080HV。碳弧熔敷的最高值是1300HV,其洛氏硬度为68.9HRC。WC含量小于10%时,熔敷金属由大量网状的(Fe, Cr)7C3、Fe3(W, Mo)3C、 W2(B, C)等硼碳化物、少量的M3(B, C)2(M:Mo, W,Cr, Fe)等硬质相及Fe基固溶体组成；WC含量为15%时,熔敷金属的硬质相中Mo、Fe、Cr和W的含量分别是57.1%、22.3%、6.2%和14.4%,且原子比为7.5：5：1.5：1；熔敷金属的显微硬度随WC含量增加而增加,最高值为980HV,其洛氏硬度为62.7HRC。计算所得Mo-Fe-B系相图表明,Mo-Fe-B系熔敷金属的组织主要是Mo2FeB2、二元硼化物和Fe基固溶体；吉布斯自由能计算表明,熔池中MoB、MoB2、FeB、 Fe2B和CrB2等硼化物在热力学条件下可以自发形核；高温相P-MoB颗粒的表面形成一层液态薄膜,液相中Fe、Cr和B等与先析出硼化物颗粒通过扩散反应生成(Mo, Fe, Cr)3B2。随温度降低,Fe2B等低温相和液相反应生成(Mo, Fe, Cr)3B2。最后M382颗粒长大并呈现方状、长条状和十字花状；共晶液相中析出二元硼化物并沿着M382颗粒形核长大,而剩余的液相结晶形成Fe基固溶体。