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含纳米Y2O3过共晶Fe-Cr-C合金显微组织与耐磨性研究

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含纳米Y2O3过共晶Fe-Cr-C合金显微组织与耐磨性研究

作者：员霄燕山大学

学位级别：硕士

过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由于具有优异的耐磨性和低廉的价格被广泛使用，然而，传统的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由于微观组织中的初生M（Fe, Cr）7C3碳化物较为粗大，易于剥落，从而限制其应用。本文自行研制了不同Y2O3加入量的自保护Fe-... 详细信息

过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由于具有优异的耐磨性和低廉的价格被广泛使用，然而，传统的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由于微观组织中的初生M（Fe, Cr）7C3碳化物较为粗大，易于剥落，从而限制其应用。本文自行研制了不同Y2O3加入量的自保护Fe-Cr-C药芯焊丝，并制备了过共晶Fe-Cr-C堆焊和熔炼合金，讨论了Y2O3对过共晶Fe-Cr-C合金显微组织的影响。同时，通过错配度理论和第一性原理计算对Y2O3作为初生M7C3异质形核核心的有效性进行了计算。最后，研究了碳化物大小（不同的Y2O3加入量）和基体组织类型对过共晶Fe-Cr-C合金耐磨性的影响。过共晶Fe-Cr-C堆焊和熔炼合金显微组织由初生M7C3碳化物和共晶组织（奥氏体及部分马氏体+共晶M7C3碳化物）组成。纳米Y2O3加入Fe-Cr-C合金后，初生M7C3碳化物尺寸逐渐减小，当Y2O3加入量为2.54wt.%时，初生M7C3碳化物尺寸达到最小值，为16μm，但Y2O3过量加入时，其细化程度不再明显。Y2O3与正交M7C3的二维点阵错配度为6.76%，M7C3/Y2O3界面的界面能为0.198J/m2，Y2O3可作为初生碳化物的有效形核核心，从而细化了M7C3碳化物。初生M7C3和共晶M7C3碳化物为正交结构，且内部有位错和孪晶等晶体缺陷。随着初生M7C3碳化物尺寸的减小（Y2O3加入量的增加），过共晶Fe-Cr-C合金的洛氏硬度、显微硬度、抗压强度、耐磨性均有所提高。当初生M7C3平均尺寸为16μm时，过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的洛氏硬度为HRC58，平均显微硬度为1000HV，堆焊合金的抗压强度为1980MPa，18h磨损失重为0.59mg/mm2。堆焊合金与轴承钢或碳化钨对磨的磨损机制分别为粘着磨损+氧化磨损和磨粒磨损+氧化磨损。通过退火、淬火和回火处理，过共晶Fe-Cr-C合金的基体组织分别为铁素体、马氏体和回火马氏体，其整体洛氏硬度分别为HRC43、HRC73和HRC58;共晶组织的显微硬度分别为452HV、939HV和697HV;18h磨损失重量分别为1.15mg/mm2、0.38mg/mm2和0.61mg/mm2，其磨粒磨损机制分别为微犁削+微断裂、微切削+微犁削+微断裂和微犁削+微切削。

关键词：过共晶Fe-Cr-C合金 M7C3碳化物纳米Y2O3 耐磨性堆焊

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H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

焊接学报 2018年第12期39卷 105-109,133页

作者：员霄王井朱青海陈志凯何冰江苏徐工工程机械研究院有限公司徐州221004 高端工程机械智能制造国家重点实验室徐州221004

采用激光熔覆技术在AISI H13热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层.借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性.采用马弗炉进行加热600℃,保温1 h,反复4次,... 详细信息

采用激光熔覆技术在AISI H13热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层.借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性.采用马弗炉进行加热600℃,保温1 h,反复4次,并测得红硬性硬度.结果表明,基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47,HRC 52,HRC 48.基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降,而钴基熔覆层的红硬性硬度提升.钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小.基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.

关键词：激光熔覆 H13热作模具钢钴基熔覆层红硬性硬度高温摩擦磨损

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层在NaOH溶液中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能

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表面技术 2019年第9期48卷 211-217页

作者：王井何冰罗京帅员霄蹤雪梅江苏徐工工程机械研究院有限公司江苏徐州201004 高端工程机械智能制造国家重点实验室江苏徐州221004

目的分析超音速火焰喷涂制备的Cr3C2-NiCr涂层在碱性环境中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能,揭示涂层腐蚀及冲蚀腐蚀磨损失效机制。方法利用超音速火焰喷涂技术在45#钢表面制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层,采用光学显微镜、显微硬度仪、碱性环境... 详细信息

目的分析超音速火焰喷涂制备的Cr3C2-NiCr涂层在碱性环境中的腐蚀及冲蚀腐蚀磨损性能,揭示涂层腐蚀及冲蚀腐蚀磨损失效机制。方法利用超音速火焰喷涂技术在45#钢表面制备Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层,采用光学显微镜、显微硬度仪、碱性环境腐蚀性能试验台、电化学分析仪、冲蚀腐蚀磨损试验机、电子天平、扫描电子显微镜,分别对组织结构、显微硬度、碱性环境下耐蚀性能、耐冲蚀腐蚀磨损性能、冲蚀腐蚀磨损损失质量及表面形貌进行测试。结果Cr3C2-NiCr涂层呈典型层状结构,内部随机分布着孔隙及氧化物,涂层孔隙率及显微硬度平均值分别为1.3%和817HV0.1。在pH=11的NaOH溶液中,涂层的电化学腐蚀电位为-0.38V,腐蚀反应生成的氧化物可有效阻止腐蚀继续进行,长期浸泡过程中,腐蚀介质通过裂纹或穿透性孔隙渗入涂层内部直至基体表面,并发生腐蚀反应,形成的腐蚀产物逐渐累积并排出至涂层表面,最终形成体积较大且呈团絮状的腐蚀产物。在碱性腐蚀环境下,腐蚀介质加剧冲蚀磨损中的材料消耗。相同条件下,涂层腐蚀冲蚀磨损损失质量明显小于基体材料,涂层的冲蚀腐蚀磨损失效机制主要有腐蚀产物脱落、硬质颗粒剥落、粘结相磨耗、缺陷处因疲劳裂纹整体脱落。结论在碱性环境中,Cr3C2-NiCr涂层具有较强的耐腐蚀性能,腐蚀介质能加快涂层冲蚀磨损进程,磨损后表面为非光滑表面,使涂层具有较优的抗冲蚀磨损性能,故Cr3C2-NiCr涂层可显著改善基体表面的综合使用性能。

关键词：超音速火焰喷涂 Cr3C2-NiCr涂层碱性环境耐腐蚀冲蚀腐蚀磨损失效机制非光滑表面

FeCrBSiWNb喷涂层的钨极氩弧摆动重熔处理

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表面技术 2017年第7期46卷 195-200页

作者：蹤雪梅李稳王井员霄朱青海江苏徐州工程机械研究院江苏徐州221004 高端工程机械智能制造国家重点实验室江苏徐州221004

目的设计一种新型的FeCrBSiWNb高速电弧喷涂涂层的钨极氩弧摆动重熔工艺,解决传统钨极氩弧无摆动重熔层单道宽度窄且不均匀、多道搭接处易出现气孔及裂纹等问题。方法通过几何分析和计算设计摆动重熔工艺,并制备FeCrBSiWNb重熔层,利用XR... 详细信息

目的设计一种新型的FeCrBSiWNb高速电弧喷涂涂层的钨极氩弧摆动重熔工艺,解决传统钨极氩弧无摆动重熔层单道宽度窄且不均匀、多道搭接处易出现气孔及裂纹等问题。方法通过几何分析和计算设计摆动重熔工艺,并制备FeCrBSiWNb重熔层,利用XRD衍射仪、光学显微镜、扫描电镜对摆动重熔层的相结构、显微组织进行表征,用显微硬度仪对其纵截面的显微硬度进行测量。结果设计的钨极氩弧摆动重熔工艺参数:电流53~55A,钨极移动在X方向移动速度65~68mm/min,Y方向移动速度485~500mm/min。摆动重熔层内部无裂纹且单道宽度增大,FeCrBSiWNb重熔层的基体组织由马氏体、残余奥氏体、Fe-Cr固溶体组成,硬质相由硼化物及拉弗斯相组成,重熔层存在固溶强化、析出强化等多种强化方式。重熔层、热影响区、母材的显微硬度分别是820HV0.3、563HV0.3、242HV0.3。结论所设计的新型摆动重熔工艺增大了单道重熔层宽度,进而有效解决了重熔层内部残余应力大易导致裂纹产生的问题。

关键词：高速电弧喷涂 FeCrBSiWNb涂层钨极氩弧重熔几何分析裂纹摆动重熔拉弗斯相

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H13钢激光相变硬化的组织与性能试验研究

中国机械工程 2020年第4期31卷 432-437,444页

作者：员霄王井何冰陈志凯朱青海蹤雪梅江苏徐工工程机械研究院有限公司徐州221004 高端工程机械智能制造国家重点实验室徐州221004

为提高H13热锻模具的耐磨性能和耐腐蚀性能,利用激光相变硬化技术对H13钢进行处理,采用XRD衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、电化学工作站及高温摩擦磨损试验机对其相结构、显微硬度、耐腐蚀性及耐高温磨损性能进行测试。硬... 详细信息

为提高H13热锻模具的耐磨性能和耐腐蚀性能,利用激光相变硬化技术对H13钢进行处理,采用XRD衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、电化学工作站及高温摩擦磨损试验机对其相结构、显微硬度、耐腐蚀性及耐高温磨损性能进行测试。硬化层由针状马氏体、板条马氏体和碳化物组成,硬化深度为0.71 mm,显微硬度约为750 HV0.3。在脱模剂溶液中,硬化层的自腐蚀电流密度比基材小一个数量级。硬化层高温磨损的质量为基材的7%,磨损机理以黏着磨损为主,同时伴有磨粒磨损和氧化磨损。

关键词：热作模具钢激光相变硬化摩擦磨损试验机电化学腐蚀

电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的钨极氩弧重熔处理

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中国表面工程 2016年第5期29卷 102-108页

作者：蹤雪梅王井员霄李稳王光存徐工集团江苏徐州工程机械研究院江苏徐州221004 徐工集团高端工程机械智能制造国家重点实验室江苏徐州221004

采用高速电弧喷涂技术及钨极氩弧重熔技术分别制备Fe-Cr-B喷涂层及其重熔层,采用X射线衍射仪、金相显微镜、X射线残余应力测试仪、显微硬度仪、动载磨料磨损试验机、扫描电子显微镜分别对喷涂试样及重熔试样的相结构、微观组织、残余应... 详细信息

采用高速电弧喷涂技术及钨极氩弧重熔技术分别制备Fe-Cr-B喷涂层及其重熔层,采用X射线衍射仪、金相显微镜、X射线残余应力测试仪、显微硬度仪、动载磨料磨损试验机、扫描电子显微镜分别对喷涂试样及重熔试样的相结构、微观组织、残余应力、纵截面硬度、耐磨性及磨损表面形貌进行观察与测试。结果表明,重熔处理后,电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的组成由Fe基非晶和硼化物相转为Cr_2B、(Cr,Fe)_2B、α-Fe相,涂层与基体由机械结合转为冶金结合,重熔试样由表层至基体的显微组织分别是初生硼化物以及共晶组织、共晶硼化物+马氏体+奥氏体、初生奥氏体以及共晶组织、热影响区组织。重熔处理后,涂层显微硬度由689 HV0.1上升为960 HV0.1,磨损失重率由0.088 g/(cm^2·min^(-1))降为0.004 6 g/(cm^2·min^(-1))。喷涂层的磨粒磨损机制主要是微断裂,重熔层的磨粒磨损机制主要是变形磨损和微切削。

关键词：钨极氩弧重熔高速电弧喷涂 Fe-Cr-B 动载磨损

热处理工艺对含Y过共晶Fe-Cr-C堆焊合金组织与耐磨性的影响

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材料热处理学报 2015年第7期36卷 102-107页

作者：赵斌员霄蹤雪梅周野飞杨育林杨庆祥徐工集团江苏徐州工程机械研究院江苏徐州221004 亚稳材料制备技术国家重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

制备含Y过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,采用不同的热处理工艺,得到了不同基体的过共晶Fe-Cr-C合金。采用光学显微镜对其组织进行了观察,采用X射线衍射仪对其相结构进行了分析,采用硬度计、摩擦磨损试验机对其硬度和耐磨性进行了测定,采用扫描... 详细信息

制备含Y过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,采用不同的热处理工艺,得到了不同基体的过共晶Fe-Cr-C合金。采用光学显微镜对其组织进行了观察,采用X射线衍射仪对其相结构进行了分析,采用硬度计、摩擦磨损试验机对其硬度和耐磨性进行了测定,采用扫描电镜对磨损形貌进行观察。结果表明,4种合金组织都是主要由初生碳化物以及共晶组织构成。焊态时,基体为奥氏体+部分马氏体;950℃退火后,基体为铁素体;950℃淬火后,基体为马氏体+残留奥氏体;450℃回火后,基体为回火马氏体+残留奥氏体。合金的硬度和耐磨性变化随基体组织的变化而变化,950℃退火试样硬度最低、耐磨性最差,950℃淬火试样硬度最高、耐磨性最好,450℃回火试样抗开裂性能较好。过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的磨损机制主要是微切削和微犁削。

关键词：过共晶Fe-Cr-C堆焊合金热处理基体组织硬度耐磨性.

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激光淬火40Cr钢的冲击磨损行为研究

材料导报 2020年第S2期34卷 407-411,422页

作者：陈志凯关婷婷李强王井员霄江苏徐工工程机械研究院有限公司徐州221004 高端工程机械智能制造国家重点实验室徐州221004

本工作采用激光淬火技术来提升40Cr的抗冲击磨损性能,以满足其较高的表面服役性能要求。结果显示,由于激光淬火过程快速加热和冷却的特点,淬火区域组织发生明显的变化。此外,相组成随深度的变化而变化,导致深度方向上的硬度存在差异。... 详细信息

本工作采用激光淬火技术来提升40Cr的抗冲击磨损性能,以满足其较高的表面服役性能要求。结果显示,由于激光淬火过程快速加热和冷却的特点,淬火区域组织发生明显的变化。此外,相组成随深度的变化而变化,导致深度方向上的硬度存在差异。通过测试,对比基体与淬火试样的冲击磨损失效形式与作用机理。根据三次重复试验的平均磨耗,对激光淬火试样及基体的抗冲击磨损性能进行定量评定。采用SEM、OM、EDS等手段对磨损表面进行观察和分析,阐明基体与淬火表面的磨损行为与差异。结果表明,冲击磨损过程中,磨粒磨损、冲击效应和滚动接触疲劳是三种典型的失效模式。基体的主要失效机理为磨粒磨损,而冲击效应和滚动接触疲劳则是淬火表面的主要失效模式。

关键词： 40Cr 激光淬火冲击磨损失效形式

纳米Y_2O_3对过共晶Fe-Cr-C堆焊合金表面微观组织与耐磨性的影响

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表面技术 2015年第4期44卷 42-47,53页

作者：杨庆祥赵斌员霄蹤雪梅周野飞燕山大学亚稳材料制备技术国家重点实验室河北秦皇岛066004 徐工集团江苏徐州工程机械研究院江苏徐州221004

目的研制一种新型添加纳米Y2O3的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,改善堆焊合金粗大的初生M7C3碳化物,提高堆焊合金的耐磨性。方法采用明弧堆焊的方法制作堆焊合金,用金相电子显微镜对其表面微观组织进行观察,用洛氏硬度计对其表面硬度进行测量,... 详细信息

目的研制一种新型添加纳米Y2O3的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金,改善堆焊合金粗大的初生M7C3碳化物,提高堆焊合金的耐磨性。方法采用明弧堆焊的方法制作堆焊合金,用金相电子显微镜对其表面微观组织进行观察,用洛氏硬度计对其表面硬度进行测量,用砂带摩擦磨损试验机对其表面耐磨性进行评价,用扫描电子显微镜对其磨损形貌进行观察。最后,利用错配度理论对M7C3的细化机理进行分析。结果过共晶Fe-Cr-C堆焊合金由初生M7C3和共晶组织(共晶M7C3、奥氏体及部分马氏体)组成。未添加Y2O3的堆焊合金初生M7C3比较粗大,其平均尺寸在22μm,硬度为55HRC,磨损量为0.85mg/mm2。经纳米Y2O3改性之后,堆焊合金的初生M7C3尺寸变小,其平均尺寸为16μm,硬度为57HRC,磨损量减少为0.59 mg/mm2,Y2O3的(001)面与正交M7C3的(100)面之间的二维错配度为8.59%。结论 Y2O3可以成为M7C3的非均质形核核心,从而细化了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的初生M7C3碳化物,提高了过共晶Fe-Cr-C堆焊合金表面耐磨性。

关键词：纳米Y2O3 过共晶Fe-Cr-C堆焊合金 M7C3