1、試驗(yàn)條件與方法

試驗(yàn)設(shè)備選用ZRF-5C型數(shù)控等離子表面熔覆設(shè)備；試驗(yàn)基材為熱軋態(tài)16Mn鋼板；粉末材料的化學(xué)成分（wt%）為：Cr：20~25，C<1.5，Si：4.0~4.5，B：3.0~4.0，Fe為余量，粒度80～200μm，使用前150℃烘干1h；離子氣為純度99.9%的氬氣，具體熔覆工藝參數(shù)如表1所示。

表1　ZRF-5C型數(shù)控等離子耐磨熔覆機(jī)床工藝參數(shù)

使用Olympus BH2-UMA金相采集系統(tǒng)拍攝金相。用HV-1000型顯微硬度計(jì)測量顯微硬度，加載時(shí)間為20s。磨損試驗(yàn)采用ML-100銷盤型回轉(zhuǎn)式磨料磨損試驗(yàn)機(jī)。使用分析天平測量磨損前后每個(gè)試樣失重，以基材（16Mn）為標(biāo)樣，對(duì)比分析熔覆層的相對(duì)耐磨性能。使用Philips-quanta-2000型掃描電子顯微鏡來觀察試樣磨損后的形貌。

2、試驗(yàn)結(jié)果分析及討論

2.1熔覆層組織分析

圖1為熔覆層結(jié)合部位和熔覆層中部金相組織，由圖1（a）可知，結(jié)合部位快速凝固組織特征明顯，其底部有一條沿基體表面的平面結(jié)晶帶，與基材呈冶金結(jié)合狀態(tài)；熔覆層中間部位組織分布均勻，排列致密，無氣孔、裂紋等缺陷，如圖1（b）所示。

圖1　熔覆層顯微組織

圖2為熔覆層X射線衍射圖譜，結(jié)果表明：熔覆層物相由γ-Fe、(Cr,Fe)₂B和Fe₂B相組成。由于(Cr,Fe)₂B和Fe₂B相硬度很高，因此熔覆層具有良好的耐磨性能。

圖2　熔覆層衍射圖譜

2.2熔覆層的硬度測試

圖3為熔覆層表面至基材顯微硬度的分布曲線。可明顯看出，熔覆層表面硬度明顯高于基材，且熔覆層次表層硬度略高于表層；熱影響區(qū)硬度高于基材。這主要是因?yàn)榉勰┲泻写罅康?span style="font-family: " times="" new="">Cr、B等合金元素，在高溫等離子束的作用下生成大量高硬度的(Cr,Fe)₂B、Fe₂B等相，第二相強(qiáng)化作用顯著。另外，等離子束停留于外表層時(shí)間較長，造成外表層合金元素?zé)龘p量較大，因此外表層硬度略低；由于元素?cái)U(kuò)散運(yùn)動(dòng)，熱影響區(qū)因固溶強(qiáng)化作用而硬度升高。

圖3  熔覆層表面至基體硬度分布曲線

2.3耐磨性能測試

選用16Mn鋼為標(biāo)樣，以相對(duì)耐磨性表示磨損試驗(yàn)結(jié)果，具體如圖4所示。熔覆層的相對(duì)耐磨性明顯優(yōu)于基材，這是由于它的組織中含有大量高硬度的(Cr,Fe)₂B和Fe₂B相，且呈彌散分布狀態(tài)，大大提高了其耐磨性能。磨損試驗(yàn)結(jié)果表明：其相對(duì)耐磨性是基材（16Mn鋼）的5.4倍。

圖4  相對(duì)耐磨性柱狀圖

2.4磨損機(jī)制分析

圖5為16Mn鋼和熔覆層試樣磨損形貌。16Mn鋼試樣的磨損形式主要是犁溝，試樣的表面出現(xiàn)了大塊剝落的現(xiàn)象，熔覆層試樣磨損表面較為光滑和平整，其磨損機(jī)制為微切削磨損，這是由于熔覆層中含有大量的高硬度組織(Cr,Fe)₂B相，限制了磨粒的磨損作用，大大提高了基材表面的耐磨性能。

圖5  各試樣的磨損形貌

3、結(jié)論

（1）使用數(shù)控等離子表面熔覆設(shè)備，可在煤礦用中部槽中板表面易磨損部位制備無氣孔，無裂紋且具有高耐磨性能的合金層。

（2）Fe-Cr-B-Si合金粉末熔覆層物相主要由γ-Fe、(Cr,Fe)₂B和Fe₂B等相組成，熔覆層的硬度值由基體至熔覆層表面大致呈梯度分布，其相對(duì)耐磨性是16Mn鋼的5.4倍。

（4）熔覆層的磨損機(jī)制為微切削磨損，熔覆層中大量高硬度的(Cr,Fe)₂B相，限制了磨粒的磨損作用，明顯地改善了基材表面的耐磨性能。

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