251 / 2021-04-16 09:54:18

矿用高铬堆焊复合耐磨钢板的组织特征及磨损性能研究

堆焊；高铬耐磨板；组织结构；滑动摩擦

      堆焊技术已从初始修复领域的应用发展到增材制造技术领域，在实现对原金属失效构件完整修复的同时，增材制造赋予了堆焊合金耐磨、耐蚀、耐热和耐氧化等特殊功能。在传统耐磨钢的设计及制造未取得突破的状况下，增材制造堆焊板材为耐磨构件服役寿命的提升提供了有效解决途径。为适应煤矿机械装备的复杂工况环境，具有优良耐磨和经济性的铁基堆焊合金板材被研发，并应用于煤矿机械装备中承受磨料或冲击磨损构件的设计及制造。本文主要研究了自主研发的CM550高铬堆焊耐磨板的组织结构特征，分析了M₇C₃型碳化物强化相的形态、尺寸和分布。基于煤矿刮板输送机中部槽等的磨损运动形式，研究了CM550高铬堆焊耐磨板的滑动磨损性能，探讨了磨损失效机理。

       CM550高铬堆焊熔合区宽度约在250-350μm之间，熔合区内基体一侧的铁素体数量减少，晶粒尺寸降低，珠光体占比增加，晶粒尺寸增大。堆焊层一侧存在约10μm的富铬铁素体带。堆焊层显微组织由初生碳化物、共晶和共析莱氏体组织组成，主要物相为(CrFe)₃C₇碳化物和α-Fe铁素体，其次为少量γ-Fe和α-马氏体相。(CrFe)₃C₇碳化物为六方晶系M₃C₇类型碳化物，初生(CrFe)₇C₃碳化物尺寸粗大，形态以六边形棒状为主，共晶(CrFe)₇C₃多以片状或细棒状形态存在，共析碳化物为细小粒状形态。堆焊层存在少量奥氏体和马氏体转变区，奥氏体区存在位错缠结和层错两类亚结构，马氏体内存在平行孪晶条纹。

       高铬堆焊耐磨板滑动干摩擦和石英砂磨损的相对耐磨性是Q235基体钢的8.0倍和4.8倍，比HD450耐磨钢提高1-2倍。无论轻载还是重载，CM550和HD450耐磨钢的平均摩擦系数和配副钢环的磨损率处于同等水平。高硬度(CrFe)₃C₇碳化物起到了优异的抵抗滑动磨损损伤的设计效果，使得高铬堆焊板表现出优异的抗滑动磨损性能，其干摩擦的磨损机制主要为犁沟磨损，同时伴随局部基体铁素体区的疲劳剥落磨损。石英砂磨料的磨损机制作用表现为硬质磨料的犁削磨损和基体的片层剥落磨损。