风洞压缩机主轴表面堆焊耐磨层的研究与分析

作     者：宋茂付 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓德伟

授予年度：2017年

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：埋弧焊堆焊 硬质合金药芯焊丝 显微组织 耐磨性 硬度 

摘      要：风洞是飞机机翼和发动机研发不可缺少的实验平台,标志着国家航空事业发展水平。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,而且随着工业空气动力学的发展,也越来越广泛应用在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门。大型轴流压缩机是连续式风洞的关键设备。轴流压缩机主轴在高载荷高转速情况下,易发生表面磨损,因此对主轴进行合适的表面强化对轴流压缩机的研制具有十分重要的意义。埋弧焊堆焊技术生产效率高,无弧光烟尘污染,工作条件好,特别适合大型零部件的表面强化工作。W-Mo系高速钢合金由于其优良的耐磨损性能,以及高温下良好的红硬性,被各企业广泛应用于各零部件的表面强化工作,但是由于该种合金在冷却过程中热应力比较高,容易产生裂纹,因此需要采取适当的热处理工艺以消除热应力,防止开裂。同时焊后热处理还可以使强化层产生二次硬化。本文采用埋弧焊的方法,焊丝选用YD565-S,在厚度为20mm的304不锈钢基板表面进行堆焊实验研究。运用光学显微镜(OM)、配备有能谱仪的扫描电子显微镜(SEM-EDS)、X-射线衍射仪(XRD)、环块式摩擦磨损试验机、显微硬度计等研究堆焊层的焊接参数以及不同热处理对堆焊层组织、显微硬度、耐磨损性能的影响。实验结果如下:(1)通过在304奥氏体不锈钢表面堆焊硬质合金熔覆层,确定了利用埋弧焊机堆焊的最优参数:焊接电压为30V,焊接电流为300A,焊接速度为22m/h。通过对组织观察以及机械性能检测,确立了最优焊后热处理工艺:在550℃下回火,保温时间为1h。(2)硬质合金堆焊层主要是由残余奥氏体,马氏体,晶间层片状初生碳化物和弥散的二次碳化物组成,焊态堆焊层中的碳化物主要是M2C型碳化物(M主要是W、Mo元素),有少量MC碳化物析出,基体主要是马氏体和残余奥氏体,经过550℃回火保温1h后,MC碳化物增多,组织由残余奥氏体向回火马氏体转变。在600℃温度下回火保温1h,发现了少量M6C碳化物。(3)对堆焊层耐磨性进行测试,发现其主要是粘着磨损和磨粒磨损,未进行热处理的堆焊层磨损最为严重,经过回火热处理之后,磨损较为轻微。对堆焊层进行硬度检测,发现单层熔覆的堆焊层表面硬度最低,在550℃温度下进行回火,堆焊层硬度达到峰值,在600℃温度下进行回火,硬度就会显著下降。