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一种新型工具钢冷焊焊缝的研究.pptx

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由于冷作模具、冶金备件(如轧辊)等在工作时需承受巨大的交变应力及摩擦作用,因此要求构件表面在具有较高的硬度(58~62HRC)、良好;的耐磨性的同时具有较好的韧性。构件材料一般选用优质工具钢,并且经过严格的表面热处理。但恶劣的工作条件常导致构件表面出现裂纹,甚至局部;脱落。这些构件造价昂贵,若整件报废,将造成巨大的经济损失。与构件整体相比,其缺陷尺寸一般较小,若采用适当方法进行修复,则可显著降低生;产成本。焊接堆焊修复即是延长构件服役时间的一种有效方法。目前常用的堆焊焊缝材料为Cr-Mo-W合金系,利用网状碳化物及高碳马氏体来提;高工模具的硬度及耐磨性。但工模具表面极高的硬度及脆性使其可焊性差,为避免焊接裂纹,需要焊前预热300~500℃(有时还需进行焊后热处;理),这对于一些大型工模具的修复而言工艺可行性极差,严重限制了堆焊修复法的工??应用,迫切需要研究一种工艺简单的冷焊修补方法。为了实现;工具钢的冷焊,除采用降低焊接应力的工艺措施外,必须在保证焊缝硬度及耐磨性的同时提高焊缝的韧性及抗裂性。笔者通过堆焊试验并利用扫描电镜;(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射等方法对一种新型冷焊焊缝的微观组织进行了研究。2堆焊试验与检测试验材料:采用高碳的Ti-N;b-V-Re-Cr合金系,通过焊条药皮过渡C及合金元素,药皮中加入金属Nb、Ni、钛铁、钒铁、铬铁、石墨及Re-Si、Re-Mg合金;;采用CaO-CaF2-TiO2渣系,熔渣碱度B=1.3~1.4;采用Oslash;3.2mm的H08A焊芯,在TL-25型焊条压;涂机上压制焊条。试验设备及程序:利用自制焊条在9Cr2Mo轧辊表面堆焊金相试样,焊接电流I=130~150A,层间温度小于35℃;水;冷条件下用砂轮切割机切取试样。采用JXA-840型扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、3080E型X射线荧光光谱仪、H-80透;射电镜(TEM)以及D/max-RC型X射线衍射仪对试样进行微观组织成分分析。用ZB-28冲击试验机作无缺口冲击试验,用SEM观察断;口形貌。在Oslash;200mm的9Cr2Mo冷轧辊表面进行缺陷修补并进行检验。3试验结果与分析表1焊缝主要元素含量(质量百分数;;主要成分见表1。由表1可知,X射线荧光光谱仪测得焊缝为高碳多元合金系统,而高碳是保证焊缝硬度及耐磨性的基矗Nb、Ti、V为强碳化物形;成元素,易形成MC型碳化物,含量较高时可由液态金属中析出初生碳化物。MC碳化物的高硬度(TiC:HV3200,NbC:HV2400,;VC:HV2094)有利于提高焊缝硬度和耐磨性;同时,初生碳化物分布均匀,有利于改善材料韧性。Cr、Mo为中强碳化物元素,但与Ti、;Nb、V共存时,Cr、Mo主要起固溶强化作用,强化基体,而Mo对于细化晶粒、改善材料韧性也有一定作用。Ni的主要作用是固溶强化、改善;韧性。X射线荧光光谱仪还测得焊缝中加有Re元素,目的是利用Re氧化物为碳化物提供形核核心,促进碳化物的弥散分布。图1为焊缝试样的X射;线衍射结果,焊缝材料主要由alpha;-Fe和NbC、TiC组成。图2所示为焊缝中碳化物的分布形态,由图中可见碳化物数量多且呈颗粒;状均匀分布。电子探针及电子衍射试验结果表明,焊缝中的碳化物主要为NbC、TiC、VC或Nb、Ti、V的复合碳化物(Nb,Ti,V)C;。图1图2图3为焊缝基体组织的TEM照片,可知基体为典型的板条状马氏体。由于板条状马氏体含碳量低,亚结构为高密度的位错,具有良好的综;合性能,因此有利于改善焊缝韧性。在高碳焊缝中之所以能获得低碳的板条马氏体,与大量碳化物的早期形成有关。焊缝中Nb、Ti、V含量高,在;液态熔滴或熔池中与C结合形成大量均匀的碳化物,使奥氏体基体中的碳含量降低,从而避免形成脆性的高碳孪晶马氏体。另一方面,基体含碳量的降;低也减少了焊缝凝固后网状二次碳化物的析出,减轻了对基体的割裂作用。图3图4表2焊缝试样冲击韧度(alpha;k,J/)编号1234;5alpha;k5251564952冲击试验及断口观察焊缝无缺口冲击试验结果见表2,断口形貌见图4。由表2、图4可知焊缝平均冲击韧;度达52J/,断口为明显的韧窝状断口,表明焊缝韧性较好。缺陷修补试验用角磨机对9Cr2Mo轧辊表面缺陷进行修整,修整后缺陷尺寸约为;Oslash;30mm,深8~10mm。采用冷焊工艺进行缺陷修补,层间温度约为35℃,每一层焊接后立即进行锤击以消除应力,以达到改善;晶粒形态、消除铸态缺陷和减轻焊接应力的目的。焊后进行磁粉探伤,焊缝及热影响区未发现裂纹。焊缝硬度为56~60HRC,接近9Cr2Mo;母材的表面硬度(60~61HRC)。4结论堆焊试验与检测分析说明:利用强碳化物元素可在工具钢冷堆焊焊缝中获得弥散的碳化物质

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