《锚链推杆表面堆焊工艺与组织和性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锚链推杆表面堆焊工艺与组织和性能研究（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 学 号：学 号： 0506021405060214 文文 摘：摘： 堆焊是为了增大或恢复焊件尺寸， 或使焊件表面具有特殊性能的熔敷金属层面进行的焊接。利用堆焊技术赋予机械零件表面以特殊的防腐、耐磨性能是堆焊技术的主要研究内容。材料堆焊技术作为表面工程的一个重要内容，不仅可以修复旧的金属工件，而且还可以在金属工件表面形成复合层，使零件表面获得耐磨、耐蚀、耐高温等各种特殊性能，因此它是提高产品和设备性能、延长使用寿命、降低成本、减少贵重金属消耗、节约能源的有效技术手段。 本课题中的锚链推杆属于成分为 5CrMnMo 的热作模具钢,它工作条件极为恶劣，其表面温度在扎制锚链过程中可达到 600以上，
2、且承受着高的应力、摩擦力， 因而在这种高温、 高负荷、 急冷急热交变条件下使用一段时间后产生氧化、腐蚀、磨损都极为严重。本文利用表面堆焊技术，在推杆表面堆焊一层跟母材成分相近但比母材更加耐磨、耐热、耐疲劳的材料，一方面对其损坏的表面进行修复,另一方面还可以在新的推杆表面堆焊一层熔敷金属层来对模具进行保护,防止模具的过早失效。基于以上的指导思想，本文主要选用了两种堆焊焊条：D317焊条和 D322 焊条。在受到严重磨损失效的 5CrMnMo 锚链推杆表面堆焊。利用金相显微镜、SEM、EDS 能谱仪、硬度计、磨损试验机等测试手段，对表面堆焊层的显微组织和性能进行了较为系统的研究， 从而为锚链推杆及
3、热作模具钢的表面堆焊修复提供了理论依据。 研究结果表明，两种材料堆焊层中所含的 Cr、W、Mo、V 等有益合金元素，使两种材料的堆焊层性能都优于 5CrMnMo 材料。D322 材料堆焊层性能最好，相比于 D317 材料堆焊层和 5CrMnMo 材料。 D322 材料堆焊层具有优良的热稳定性，不管是在 550、600、650保温 5 小时还是 600下保温 20 小时，它的洛氏硬度值下降的最慢；另外试验证明它的热氧化性能也是三种材料中最好的；D322 材料表面堆焊层进行球化退火预处理后，加热到 1050油淬,后经 600回火时,显微组织为细小均匀的回火马氏体组织，同时组织中析出弥散碳化物，产生
4、明显的二次硬化现象,使堆焊层硬度达到 53HRC，而且热处理后的 D322 材料表面堆焊层抗耐磨粒磨损及粘着磨损性能较锚链推杆母材5CrMnMo材料提高了近一倍，不仅修复了失效的锚链推杆，更有效的提高了锚链推杆的使用寿命。 关键词：关键词： 锚链推杆，表面堆焊层，5CrMnMo，粘着磨损 Abstract：Surface-welding can be used to restore the size of components or to obtain a special performance metal layer on the surface of material by the mea
5、ns of welding. The main content is to get a special layer covering on the surface of mechanical parts with properties of corrosion and abrasion resistance. Material surface-welding as one of the most important parts of material surface engineering, not only is used to repair the damaged accessories,
6、 but to form a composition by the means of welding on the material surface with good properties of wear, corrosion and heat resistance. Surface-welding is a very effective method, it can improve the properties of products and facilities, enlarge the life of components, decrease the cost and the cons
7、umption of valuable material and resources. The anchor push-rod belongs to hot die steel (5CrMnMo), it works in an extremely poor condition. The temperature of its surface is mostly up to 600，suffering from such high temperature, stress and friction. Therefore, there exists serious oxidation, corros
8、ion and abrasion in the high-temperature, high-load and cool-heat alternating situation. This paper just utilizes the surface-welding technology to obtain a weld-cladding on the surface of anchor push-rod, which composition is similar with basic material but has better performance of wear, heat and
9、fatigue resistance. It can repair and restore the anchor push-rod, meanwhile, give it a welding protection to prevent its invalidation. Two types of electrode is chose, D322德国卡皮勒（Capilla）公司;美国焊模公司（weldmold company） 。据有关资料报道采用上述公司的模具堆焊技术堆焊制造的模具寿命平均提高 0.53 倍，但同时焊材的价格具高不下18。这也正是本文的出发点及研究思路，寻求一种较为简单及成本较
10、合理的方法来进行表面堆焊修复及保护模具，达到满足精度不很高的使用要求。 1.5 本课题的主要研究内容与方法 上文中提及锚链推杆工作条件极为恶劣，工作过程中氧化、腐蚀、磨损都极为严重。采用锻模堆焊材料制造或修复的模具最终也是要失效的，其失效形式也为不外乎以上几种情况。堆焊修复模具的寿命与许多因素有关，但堆焊材料的力学性能所起的作用相当大。本课题的主要目的就是要建立几种堆焊材料的力学性能与模具寿命之间的关系。该研究成果将一方面使厂家能够选择性能相对优良的模具堆焊材料;另一方面也可为研究单位提供一些有用数据以便使他们能够研究更好的锻模堆焊材料。从 20世纪 60 年代开始，我国开始进行该技术的研究与
11、应用,模具表面堆焊采用的方法一般为手工电弧焊、热喷涂或喷焊等方法，研制的较好的堆焊材料为镍基及钴基合金材料,这两种材料焊接性较好,但价格过高,不具有经济性。 在本课题锚链推杆表面堆焊过程中，遵循工艺方法简单可行、质量可靠、经济合理并考虑到我国多数机械加工企业的状况，选用了手工焊来对锚链推杆表面堆焊并配第一章 绪 论 12 以适当的热处理工艺,达到提高其寿命的目的。焊材选用较母材性能更加优良且价格合理的 D322 模具钢焊条堆焊材料（GB EDRCrMoWV-A1）及 D317 模具钢焊条堆焊材料（GB EDRCrMoWV-A3） ，两种焊条的具体金属成分见下表 1.3 和 1.4。两种堆焊材料
12、药皮中都含有 Cr、W、Mo、V 等有益合金元素,其中 Cr 可以提高钢的强度和硬度，使钢具有良好的抗腐蚀、抗氧化性能，而且还可以提高钢的淬透性。W 可以提高钢的高温强度，使钢具有良好的热硬性。Mo 同样可以提高钢的热强性和淬透性，同时它还对铁素体有固溶强化的作用。V 不仅可以提高钢的热强性，它还是强碳化物形成元素，且其碳化物有着高的硬度和耐磨性31。选用这两种性能优良的堆焊材料在锚链推杆表面进行堆焊，本文主要从以下几个方面来研究： （1）选用最佳的焊接规范、参数进行表面堆焊，得到堆焊层后进行不同的热处理工艺优化。 （2） 借助金相显微分析和硬度、 耐磨性等实验测试与分析锚链推杆母材的金相组织
13、、硬度、耐磨性等。 （3）借助以上试验来测试与分析选用的不同的堆焊材料得到的堆焊层的金相组织、硬度、热稳定性、耐磨性、和抗高温氧化性以及材料的热疲劳抗力。 （4）将两种材料进行对比,最终确定最佳的堆焊焊条、堆焊工艺、及热处理工艺,达到修复且使其性能较之母材具有更高的耐热、耐腐蚀、耐磨等优异性能的目的。 表 1.2 D322 焊条堆焊材料化学成份（%） （GB EDRCrMoWV-A1） Table 1.2 compositions of D322 electrode （%） （GB EDRCrMoWV-A1） 元素 C Cr W Mo V S P 含量/wt 0.50 5.00 7.0010.
14、002.50 1.00 0.035 0.04 表 1.3 D317 焊条堆焊材料化学成份（%） （GB EDRCrMoWV-A3） Table 1.3 compositions of D317 electrode（%） （GB EDRCrMoWV-A3） 元素 C Cr Mo W V S P 含量/wt 0.701.003.004.00 3.005.004.506.001.503.000.035 0.04 第二章 表面堆焊理论研究 13 第二章 表面堆焊理论研究 2.1 表面堆焊层的形成与结合 表面堆焊是为了增大或恢复工作的尺寸，或使工件表面获得特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。即堆焊是用焊接而
15、且是用熔化焊的方法在工件表面熔敷耐磨、耐蚀等特殊性能金属层的一种工艺方法。堆焊的冶金过程和热过程的基本规律与一般焊接工艺没有区别。但是堆焊的目的不是为了连接工件，而是为了发挥堆焊合金的性能。由于被堆焊工件的服役环境千差万别，基体材料几乎包含了所有类型的金属，因此合理制定堆焊层的合金成分是决定堆焊效果的关键。堆焊层合金成分的设计主要应满足工件服役环境的要求，还要考虑成本等因素。但堆焊层合金成分与填充的堆焊材料会有较大的差别，这是因为在堆焊层的形成过程中，堆焊材料与基体材料及其各组分、周围介质之间要进行一系列的复杂的物理化学反应，即焊接冶金反应。把握不同焊接条件下的焊接冶金反应和堆焊层金属成分、组
16、织和性能，减少焊接缺陷，提高焊接质量具有重要的意义。 堆焊时，焊条金属和基体在焊接电弧的热作用下一起熔化，其堆焊层形成这程的实质是异种金属的液相冶金过程，即在液相条件下促使构成金属键而形成堆焊金属与基体金属的可靠连接。从理论上讲，两个待连接金属（基体与堆焊层）接触面在呈液态条件下最容易获得理想的冶金结合效果，采用熔焊方法进行堆焊是最便于实现冶金结合的工艺方法。因为两个固体金属表面原子只有接近到有效作用距离（0.1-0.3nm）时，才可通过扩散及再结晶等物理化学过程形成金属键。这在固态下，即使表面经过精加工，由于存在凹凸不平和污染层，实际上是较难做到的，而在液态下就不存在这种障碍。异种金属间能否真正实现冶金结合还取决于两者间的冶金学上的相容性。在液态下互不相容的两种金属或合金，实际上是不可能实现熔焊连接的，即不能实现冶金结合。在液态与固态都具有良好互溶性的异种金属，利用熔焊可实现冶金结合。晶格类型相近，晶格常数及原子半径也相近的异种金属，具有良好的冶金结合性能。良好的冶金结合还应以不产生脆性的中间
