第五章 堆焊与热喷涂技术.ppt

第五章 堆焊及热喷涂技术 5.1 堆焊技术 5.2 热喷涂技术 一 概述 堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金，可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法 金属表面堆焊的特点 1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的特点。 2.与整个机件相比，堆焊层仍是很薄的一层，因此，其本身对整体强度的贡献，不像通常焊缝那样严格，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊层与基体的结合力，也无很高要求，一般冶金结合即可满足，但是必须保证工艺过程中对基体的强度不损害，或者损害可控制在允许限度之内。 3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能低的稀释率。 4.堆焊用于强化某些表面，因而希望焊层尽可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性。 堆焊方法较其它表面处理方法的优点 （1）堆焊层与基体金属的结合为冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好。 （2）堆焊层金属的成分和性能调节方便，一般常用的手工电弧焊堆焊条或药芯焊丝调节配方很方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况条件。 （3）堆焊层厚度较大，一般堆焊层厚度可在2～3㎜内调节，更适合于严重磨损的工况条件。 （4）堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体采用普通材料制造，表面采用高合金堆焊层时，不仅降低了制造成本，而且还节约许多贵重金属。 二、 异种金属熔焊（堆焊）理论 一、熔合区的形成与结构 1. 熔合区 所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的过渡区段 。焊缝完全冷却以后，熔合区一部分由基体金属组成，另一部分由焊缝金属组成。 2．熔合区的结构特点 两种金属尽管合金化特性彼此差别很大，但只要它们的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性。 对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂。根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶格的周期彼此相差不超过9﹪才会产生共同的结晶。这时在熔合区内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层，此过渡层总是受到一定的应力。 一般说来,用手工电弧焊时，过渡层的平均厚度约为0.4～0.6㎜,而用埋弧时,约为0.25～0.5㎜。 扩散过渡层 在堆焊过程中,固态基体金属和液态金属互相作用必定会引起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决于温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率。异扩散形成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。 当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时，在焊缝金属熔合线附近，会形成一个成分变化不定的区域，即扩散过渡层。 熔合区内形成扩散过渡层 ,在钢中这种扩散运动能力最强的是碳 。 三 堆焊合金的类型及性能 堆焊合金的类型 5. 高铬钢：性能特点是Cr13系，含碳0.1﹪～0.4﹪，Cr12系，含碳0.9﹪～1.5﹪，含Cr大于12﹪。组织为马氏体＋铁素体。有良好的耐磨及耐腐蚀性，用于有腐蚀介质的磨料磨损或金属间磨损。6. 奥氏体高锰钢和铬锰钢：性能特点是Mn含量大于12﹪，铬锰钢有较好的耐腐蚀性，Mn13可以冲击相变。用于严重冲击条件下的零件，如矿石铲斗、碎石机等。7. 奥氏体镍铬钢：性能特点是在Cr18Ni8基础上，加入S、Mo、V、Mn、W等元素，提高耐腐蚀及耐热性能。用于阀门、阀座、石油化工工业中的反应器、容器等防腐或耐热堆焊。8. 高速钢：性能特点是含碳量0.7～1.0﹪左右，Cr 3.8～4.5﹪；W17～19﹪、V1.0～1.5﹪为主要合金元素，用于刀具修复堆焊。9. 马氏体合金铸铁：性能特点是含碳量2%～4%,以白口铸铁为基,加入W、Cr、Mo、Mn、Ni等元素。合金总量15%～20%。用于低应力磨料磨损的场合。 10．高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%～4.5%,铬22%～32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低应力和高硬度磨料磨料腐损场合。11. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上,粒状WC在堆焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基,镍基或钴基。12. 钴基合金：性能特点是含钴30%～70%，Cr25～33，W3%～25%，钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时,湿润性好,流动性好,堆焊金属硬度HRC50～60。用于抗磨损堆焊；Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜等 堆焊材料的选择 四 堆焊方法 一、手工电弧堆焊 （1）为降低稀