钨铬钴合金6合金耐磨堆焊层的磨损特征等离子弧堆焊过程

文摘

钨铬钴合金6的组织和耐磨性合金耐磨堆焊层在两种不同温度(室温和300°C)进行了等离子弧堆焊过程对Q235钢。摩擦学的测试进行了描述磨损性质。钨铬钴合金6合金涂层的显微组织主要由α有限公司(铬、铁)₇C₃阶段。钨铬钴合金6合金的摩擦系数在不同负载下略有波动在300°C。氧化层上形成涂层表面,在磨损试验作为一种特殊的润滑剂。磨料磨损是主要机制在室温下,microploughing和可塑性的主要磨损机制是在300°C。

1。介绍

基于钴- (Co)的合金(如钨铬钴合金合金)广泛应用于环境,因为他们穿好耐腐蚀,磨损,磨损(1]。钨铬钴合金系统有限公司主要含有合金元素的合金,如钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)和一定数量的碳(C), Cr是主要的合金元素与C反应生成枝晶间碳化物。合金元素钨和钼也与C反应形成硬质合金作为次级粒子。固溶强化的Co-based合金碳化物可以很容易地实现。碳化物的分布、大小和形状取决于加工条件和影响力学性能和硬度2- - - - - -5]。

钨铬钴合金6合金涂层不锈钢用于阀应用在高温、高压环境中,材料可能融化,蠕变,或降低。在我们的应用程序中,工作温度在250°C和300°C (6]。在这样的应用程序中,合金在预防各种磨损因素起着重要的作用,影响滑动面。氧气在空气中是一个正常的元素能够与合金元素,特别是在高温(7- - - - - -10]。氧化物的形成在磨损过程中起着重要的作用11]。合金元素铬显示良好的磨损和耐蚀性和高温强度。Fontalvo和同事证明了在高温环境中形成的氧化物减少磨损和担任保护膜之间的接触区域(12,13]。钨铬钴合金6合金的磨损性能相对优越在750°C。在钨铬钴合金6合金氧化物增长缓慢导致保护膜的形成具有良好耐磨性(14]。小王和同事证明了氧化物规模增加的钇钨铬钴合金合金改善磨损性能在650°C。当表面钨铬钴合金6合金受到磨损、热膨胀,氧化,氧化膜被毁。新鲜的表面接触,加速氧化。最终,这部电影完全坏了。这个过程被重复,而耐磨性降低了。因此,氧化膜的结合强度是一个关键因素影响的总电阻升高温度(15- - - - - -22]。

本研究旨在评估温度对耐磨性的影响,这是阀门的工作温度在真实的应用程序中。讨论了磨损机制和过程,探讨了在室温和300°C。

2。实验的程序

2.1。制备钨铬钴合金6硬化表面

Q235低碳钢作为衬底,钨铬钴合金6合金焊接,等离子弧焊(PTAW)转移。Q235低碳钢的成分(wt %)是0.16 C, 0.53 Mn, 0.30 Si, < 0.045 P < 0.055 S,平衡的铁。钨铬钴合金6粉的成分表中列出1。矩阵的表面与蒸馏水和丙酮清洗,洗去除残渣和油脂。之后,这个矩阵被风干。钨铬钴合金6粉在衬底的表面预涂。粉末的厚度大约是2毫米。PTAW的涂层制备方法的电流150 a。

2.2。微观结构表征

Q235低碳钢与涂层沿着垂直方向的联系被切断的基体和涂层。然后,切割表面涂层与胶木封闭。标本的表面是由碳化硅砂纸抛光1500 #,紧随其后的是抛光垫与氧化铝粉末。然后,表面用蒸馏水洗净,在水浴ultrasonicated 5分钟。之后,涂层的微观结构被王水蚀刻。涂层磨损前后的图像是由一个光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)。涂层的形态取自不同的地方进行了分析。x射线衍射(XRD)被用来描述使用x射线衍射相分析进行设备与铜Kα辐射。0.02°的步骤被用来扫描2θ学位30°- 100°。XRD测试的标本是在90年代preetched 10 wt %草酸阳极极化电位的6 V在室温下。

2.3。耐磨测试

进行了磨损试验使用UMT-2摩擦磨损试验机(美国)。标本的尺寸15毫米×15毫米×4毫米的被涂层。标本的表面抛光和蒸馏水和丙酮清洗。摩擦学的测试进行了使用ball-on-disk摩擦计10 N加载在不同的温度下。进行了测试使用C45球形钢(ASTM 1045)直径为9.38毫米。标本对球的速度是2.5厘米⁻¹在30分钟。测试后,穿的形态学检查跟踪通过SEM和共焦激光扫描仪(LEXTOLS400)。然后,磨损率计算 ,在那里是穿轨道的长度,是穿的平均面积损失,是加载,是穿的距离。试验后,表面的标本扫描电镜的特点。

3所示。结果与讨论

3.1。XRD分析钨铬钴合金6合金

钨铬钴合金6合金涂层的x射线衍射分析的结果在图所示1。沉积涂层的阶段α公司和M₇C₆(M =铁、铬),它是由晶格参数的比较标准的JCPDS卡片。峰值强度最高的记录α有限公司(铬、铁)₇C₃阶段,这两个阶段的高峰重叠。(铬、铁)的存在₇C₃(23)起着关键作用在增加涂层的硬度24]。

3.2。微观结构的钨铬钴合金6合金耐磨堆焊

图2显示涂层从基体表面的微观结构。一般来说,焊接涂层的微观结构分为三个部分,即稀释、过渡,和细晶粒区(25]。图2(一个)展示了基体和涂层之间的熔合线。涂料的稀释区显示为红色的矩形图2 (b)。在衬底平面晶体结构观察。这些平面晶体结构接触衬底的谷物。新的谷物通常形式不熔化的粮食。新的颗粒的大小增加沿原方向的晶体。然后,形成柱状晶体沿熔合线的垂直方向,如图2 (c)。凝固收益,上部周围的涂层表面变得细晶粒区,如图2 (d)。细粒度的地区,水晶展品多向发展。

环绕cellular-dendritic碳化物的Co和Cr的固溶体,巩固了对表面,如图3。涂层的微观结构是同构的。树突碳化物可以扮演着一个关键角色,提高涂层的硬度和耐磨性。这些结果与报道的徐et al。26]。

3.3。摩擦学的钨铬钴合金6合金的考验

图4显示与滑动摩擦系数的变化在不同载荷下的时间。数据4(一)和4 (b)表明,摩擦系数最初增加迅速在室温和300°C。随着距离的增加,磨损率略有降低波动和达到稳定状态(27]。一般来说,在稳定状态,没有明显的摩擦系数的变化观察到低加载。图4(一)表明,钨铬钴合金6合金的摩擦系数随载荷的增加而减小。在低载荷、摩擦效率是相似的,因为钨铬钴合金6合金的艰难阶段。当达到临界值时,摩擦效率明显下降,如图4(一)。高温时的摩擦系数增加,达到稳定状态,不消耗大量的时间。在室温下摩擦系数的值都高于300°C,因为涂层的硬度降低和增加涂层的氧化(28]。力学性能起着关键的作用在增加涂层的摩擦系数,因为硬度显著影响钨铬钴合金6合金的磨损性能在房间和温和的温度29日,30.]。升高温度,硬度下降率和力学性能,磨损表面,氧化薄层和弱附着的电影,很容易破坏(31日,32]。在这样的条件下,磨损机制与温度有关。涂层的磨损率可以确定基于以下关系: ,在那里是正常的负载,滑动距离,材料的体积磨损测试。

涂层的磨损率的变化在室温和300°C下不同的载荷如图5。随着载荷的增加,磨损率增加钨铬钴合金合金涂层。磨损率达到250×10⁻⁶mm N⁻¹·米⁻¹当15 N是应用于钨铬钴合金6合金涂层。然而,当应用在300°C,磨损率达到约500×10⁻⁶mm·N⁻¹·米⁻¹在不同的载荷。在室温下,磨损率受到载荷的影响。相比之下,在300°C,磨损率是相对稳定的,没有任何明显的变化。这些结果与摩擦系数的一致。

3.4。形态学的钨铬钴合金6涂层磨损试验后

图6显示了扫描电镜图像的钨铬钴合金6合金涂层在室温和300°C。值得注意的是,积累大量的粒子表面的涂层在室温下与涂层在300°C的形态在摩擦学的测试后,如图2(一个)和2 (b)。这些粒子不能形成一个保护层,导致摩擦系数的增加,加速了磨损率。耕作的伤疤也出现在表面的涂层。涂层的摩擦系数随加载应用的增加,因为大量的粒子,如图4(一)。在这种情况下,磨料磨损是在室温下的关键机制。

数据6 (c)和6 (d)显示了光滑的涂层的形态。磨损、塑性变形试验期间观察到的SEM照片穿的涂层。光滑的表面磨损轨道受到氧化在300°C。氧化层可以用作润滑剂。Motallebzadeh等人报道了钨铬钴合金的磨损机制12合金塑性在300°C和氧化磨损在700°C (33]。300°C的摩擦系数低于室温,这正好与磨损率图所示的结果5。表面展示一个层流的形状,表面没有观察到明显的硬沉淀。在这种情况下,microploughing和可塑性的主要磨损机制是在300°C (34,35]。数据6 (e)和6 (f)显示的能量色散x射线能谱(EDS)分析磨损表面钨铬钴合金6合金在300°C。氧化物的形成,如铁₂O₃阴极射线示波器,首席运营官,Cr₂O₃在高温数据所示6 (e)和6 (f)。氧化层的内容与载荷的增加显著增加,这表明更多的首席运营官在滑动测试氧化。

图7显示了3 d形态后的钨铬钴合金6合金涂层摩擦学的测试。的磨损表面涂层显示了一个大型穿跟踪。许多平面,固体氧化物层紧凑,沿着追踪观察。在低载荷,许多丘浮雕表面观察应用加载的15 N。涂层的表面磨损试验后粗。三个标本在不同的概要文件应用载荷相似和配合磨损率图所示的结果5。

4所示。结论

钨铬钴合金6合金涂层的滑动磨损性能Q235不锈钢在室温和300°C相比。在室温下涂层的摩擦系数高于300°C。应用负载的增加,摩擦系数的钨铬钴合金6合金在室温下增加。然而,在300°C,钨铬钴合金6合金的摩擦系数略有波动在不同应用载荷。300°C的涂层滑动磨损后被氧化。氧化层可以用作润滑剂。300°C的磨损率高于室温,因为microploughing。Microploughing和可塑性的主要磨损机制是在300°C。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者想表达诚挚的感谢博士科研启动项目的江苏科技大学(没有。1062921401)和江苏省科技计划(BE2015144 BY2015065-01号,和BE2015145)的金融支持。

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