2011-焊接参数对Ni60合金等离子堆焊层组织结构和显微硬度的影响-葛言柳
微合金元素对低合金高强钢焊缝及热影响区组织性能的影响_刘硕
世界钢铁2014年第1期櫬櫬櫬櫬櫬櫬毬毬毬毬其他微合金元素对低合金高强钢焊缝及热影响区组织性能的影响刘硕（宝山钢铁股份有限公司，上海201900）摘要：介绍了新一代低合金高强结构钢发展过程中可焊接性及接头性能的重要性。
焊接接头性能的优劣取决于接头的微观组织。
焊接接头微观组织是在焊接凝固以及随后的固态相变过程中生成的，组织种类与很多因素有关，其中，焊缝金属中微合金元素的影响非常大。
综述了微合金元素Ti ，V ，Ni ，Cr ，Nb ，B ，稀土等对低合金高强钢焊缝及热影响区组织和性能的影响，着重论述了针状铁素体形成过程中上述微合金元素及一些非金属夹杂物的作用机制与影响途径，并对该领域的发展进行了展望。
关键词：低合金高强钢；微合金元素；焊接；组织；性能doi ：10．3969/j．issn．1672－9587．2014．01．012Effect of micro-alloy elements on weld metal andheat-affected zone microstructure and propertiesin high strength low alloy steelLIU Shuo（Baoshan Iron ＆Steel Co．，Ltd．，Shanghai 201900，China ）Abstract ：This paper introduces the importance of weldability and welding joints ’properties during thedevelopment of new generation high strength low alloy steels （HSLA ）．Weld joint properties depend on the weld joint microstructure．Weld joint microstructure is generated in the welding solidification and the following solid state phase transition ，which is related to many factors ，of which micro-alloy in the weld plays important roles．In this paper ，the effects of micro-alloy elements ，such as Ti ，V ，Ni ，Cr ，Nb ，B ，rare earth etc．on the weld metal and heat-affected zone （HAZ ）microstructure and properties aresummarized．The mechanism and affecting menners of the above micro-alloy elements and some non-metallurgical inclusions during the forming process of acicular ferrite are discussed emphatically ，and the development in this research field is presented．Key words ：high strength low alloy steel ；micro-alloy elements ；weld ；structure ；properties引言工业生产的高速推进促使新一代钢铁材料的研制与开发迅猛发展。
焊接速度对铝合金表面堆焊巴氏合金组织和性能的影响
焊接速度对铝合金表面堆焊巴氏合金组织和性能的影响摘要：巴氏合金作为传统的轴瓦材料，其具有良好的顺应性、耐蚀性和耐磨性。
但是，由于巴氏合金质地相对较软，需要与强度较高的基材进行复合，才能够作为轴承衬套使用在工业制造中。
传统的巴氏合金轴瓦制备方式多为离心浇铸，此类巴氏合金轴瓦偏析严重，组织粗大，结合强度低且极易发生脱落。
各种缺陷如气孔、疏松等也经常出现在离心浇铸的巴氏合金轴瓦产品中。
铝合金材料由于其自身质量小，且耐蚀性能优良，在加工时成形性能好，同时某些铝合金的导电导热性也比较好，因此被广泛应用在航空航天以及各类动力交通领域中。
文中选用铝合金材料为基材，利用MIG焊工艺，在铝合金表面堆焊巴氏合金层，系统地研究在其他焊接工艺参数（如焊接电流、电弧电压等）不变的情况下，焊接速度对结合界面的显微组织、力学性能等问题的影响。
关键词：铝合金；巴氏合金；堆焊；焊接速度引言轻量化与环保是汽车材料技术发展的主要方向，采用低密度材料制造汽车零部件是减轻汽车重量和节约能源的有效途径。
铝合金密度低、比强度高、导热性好、耐腐蚀且易于成形，是仅次于钢铁的第二大汽车用材料，目前，铝合金在汽车上的应用正由铸造零部件(如活塞、变速器壳体和轮毅等)朝着梁、柱受力件以及强度要求较高的前端翼子板、发动机支架与全铝车身骨架等车身零部件和结构件发展。
铝合金化学性质活泼，表面易生成难熔氧化物，热导系数及线膨胀系数大，在焊接过程存在热裂纹、气孔、合金元素烧损、难熔合、热影响区软化、接头强度及耐蚀性降低等一系列困难，对焊接技术要求较高，很大程度上制约了铝合金在汽车中的广泛应用。
尤其是经热处理强化的高强铝合金，由于合金元素含量丰富，热处理工艺控制严格，合金性能对熔化焊接过程中温度及成分的变化非常敏感，焊后母材原有的平衡组织及加工历史易遭到破坏，导致接头性能降低。
为了提高汽车铝化率，必需开发和应用新的铝合金焊接技术。
1铝合金的焊接特点(1)铝合金表面有一层致密的氧化铝薄膜(熔点约20500C，焊接时，如不能及时将其清除，则会影响基体金属的熔化质量，产生夹杂等问题，氧化膜还容易吸附水分，焊接时，易出现大量气孔;(2)铝合金比热容大、热导率高(约为钢的四倍)、导电性好，焊接时热输入将迅速向母材流失，因此，熔焊时需采用高度热集中或大功率的热源;(3)铝合金的线膨胀系数大，弹性模数小，焊接产生的热应力、变形及裂纹的倾向大;(4)铝合金对光、热的反射能力较强，对激光的吸收率低;(5)铝合金焊接接头的强度低，接头软化严重，出现不等强效应;(6)铝合金表面张力小，熔融状态下液体勃度低，在熔透焊情况下，焊缝塌陷严重。
等离子喷焊合金层组织及性能试验研究
等离子喷焊合金层组织及性能试验研究
何宜柱;斯松华;袁晓敏
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2002(026)012
【摘要】对16Mn钢表面等离子喷焊的自熔性铁基合金喷焊层(Fe55)和镍基合金喷焊层(Ni60)进行了硬度、显微组织、X射线衍射分析及不同腐蚀介质下的耐磨性试验.结果表明,Fe55和Ni60合金喷焊层的显微组织均为γ固溶体基体上分布着多种复杂的化合物相,如Fe23(C,B)6、(Gr,Fe)7C3、Gr73、NiB等.在中性水中Fe55合金喷焊层的耐磨性优于Ni60合金;在酸碱腐蚀介质中则正好相反,但两种合金喷焊层耐磨性都有所降低,在酸性介质中降低更明显.
【总页数】4页(P18-20,41)
【作者】何宜柱;斯松华;袁晓敏
【作者单位】安徽工业大学冶金与材料学院,安徽马鞍山,243002;安徽工业大学冶金与材料学院,安徽马鞍山,243002;安徽工业大学冶金与材料学院,安徽马鞍
山,243002
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.442
【相关文献】
1.不锈钢等离子喷焊钴基合金喷焊层的组织与性能 [J], 李俊魁;彭竹琴
2.碳化硅增强钴基合金等离子喷焊层组织与力学性能 [J], 李明喜;顾凤麟;李殿凯
3.灰口铸铁表面等离子喷焊铁基合金层组织与性能研究 [J], 董良;魏晓伟;周山栋;陈文静
4.GH901基体表面等离子喷焊司太立6#合金层的组织与性能研究 [J], 陈兴东;郭维华;杨建平;郭洋;王大勇;黄丽
5.AlN对铁基合金等离子喷焊层组织和摩擦磨损性能的影响 [J], 张文旭;徐露露;汪锡恒;李明喜
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水导轴承等离子堆焊Ni60合金组织及其耐腐蚀性能
水导轴承等离子堆焊Ni60合金组织及其耐腐蚀性能邓德伟;牛婷婷;田鑫;刘海英;孙奇;张林【摘要】The Ni60 overlay was deposited on Z2CN18-10 stainless steel substrate by plasma trans-ferred arc(PTA)method,and the microstructure,hardness and corrosion resistance of Ni60 overlay were investigated.The results show that the overlay mainly consists of Ni-rich γ solid solution(γ-Ni),borides and carbides,and γ-Ni and borides eutectic structure.The overlay from the top to bot-tom shows different phase fractions,and the amount of chrysanthemum-like structure in the middle is large.The hardness of Ni60 overlay is around 500HV,which is higher than that of Z2CN18-10 stain-less steel.The hardness increase is attributed to the chrysanthemum-like eutectic structure.In the bo-rate,Ni60 exhibits higher passivation ability than that in seawater,and the corrosion potential of Ni60 alloy is similar to Z2CN18-10 stainless steel.In simulated seawater,the corrosion resistance of over-lay in the middle is more superior than that in the bottom and top.Due to the large difference of corro-sion potential in seawater,the galvanic corrosion is prone to occur between Ni60 overlay and Z2CN18-10 stainless steel.%采用等离子堆焊技术在Z2CN18-10核电用不锈钢表面堆焊Ni60合金,并研究Ni60合金堆焊层的组织结构、硬度和耐蚀性能.结果表明:堆焊层组织主要由γ-Ni、碳化物、硼化物以及γ-Ni和硼化物的共晶组成,堆焊层的底层、中间层和顶层位置各相体积分数不同,中间层菊花状组织最多.Ni60堆焊层硬度约为500HV,明显高于Z2CN18-10不锈钢基体,菊花状共晶组织有助于提高堆焊层硬度.Ni60在硼酸中的钝化能力明显高于海水,且与Z2CN18-10不锈钢的自腐蚀电位差较小,不易发生电偶腐蚀.在模拟海水中堆焊层中间层耐腐蚀性能优于堆焊层的底部和顶部,与基体的自腐蚀电位差较大,容易出现电偶腐蚀.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】6页(P106-111)【关键词】等离子堆焊;Ni60;显微组织;硬度;极化曲线【作者】邓德伟;牛婷婷;田鑫;刘海英;孙奇;张林【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024;沈阳鼓风机集团股份有限公司研究院,沈阳110869;辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024;沈阳鼓风机集团股份有限公司研究院,沈阳110869;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024;沈阳鼓风机集团股份有限公司研究院,沈阳110869;沈阳鼓风机集团股份有限公司研究院,沈阳110869【正文语种】中文【中图分类】TG146.1+5;TG456.2;TG455等离子堆焊(亦称等离子喷焊，国外称为PTA工艺)，因其高效的热压缩、机械压缩和磁压缩，成为一种良好合金粉末表面熔敷(堆焊)的工艺方法。
等离子堆焊镍基合金粉末的组织与性能
等离子堆焊镍基合金粉末的组织与性能徐国建;高飞;杭争翔;张国瑜;邱晓杰【摘要】In order to improve the performance of valve body in complete nuclear power equipment, the microstructure morphology and composition distribution of cladding layer were analyzed with the optical microscope(OM), scanning electronic microscope(SEM), X ray diffractometer(XRD), electronic probe microanalysis(EPMA) and energy dispersive spectrometer(EDS), the hardness of cladding layer was measured with the microhardness tester,and the wear resistance of cladding layer was analyzed with the wear tester. The results show that the cladding layer is mainly composed of hypereutectic microstructure, and the microstructure of cladding layer includes the plane crystal growth area, hypoeutectic microstructure area,eutectic microstructure area and hypereutectic microstructure area from the fusion line to the cladding surface. The metallic phases in the cladding layer are the γ-Ni, CrB, Cr2B, Cr7C3and Cr23C6phases, the primary phase consists of boride(CrB or Cr2B) and carbide(Cr7C3or Cr23C6), and the eutectic microstructure consists of Ni and Fe-rich austenitic solid solution or Ni-rich austenite solid solution. The average hardness of cladding layer surface is above 50 HV, which is about as 3 to 5 times as that of substrate. Compared with the base metal,the wear resistance of cladding layer increases by about 9 times.%为了提高核电成套设备的阀体性能,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针显微分析仪和能谱仪分析了堆焊层的组织形态和成分分布,利用显微硬度计测量了堆焊层的硬度,利用磨损试验机分析了堆焊层的耐磨性.结果表明,堆焊层主要由过共晶组织组成,从熔合线到堆焊表面堆焊层组织依次为平面晶生长区、亚共晶组织区、共晶组织区和过共晶组织区.堆焊层金属相由γ-Ni、CrB、Cr2B、Cr7C3和Cr23C6组成,初晶相由硼化物(CrB或Cr2B)和碳化物(Cr7C3或Cr23C6)组成,而共晶组织主要由富(Ni,Fe)奥氏体固溶体或富Ni奥氏体固溶体组成.堆焊层表面平均硬度达到50 HV以上,约为基体硬度的3~5倍,与母材相比堆焊层的耐磨性约提高了9倍.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P133-138)【关键词】等离子堆焊;过共晶组织;共晶组织;亚共晶组织;初晶相;奥氏体固溶体;硬度;耐磨性【作者】徐国建;高飞;杭争翔;张国瑜;邱晓杰【作者单位】沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;南京中科煜宸激光技术有限公司研究院,南京210038【正文语种】中文【中图分类】TG406由于具有良好的延展性、低温韧性及抗腐蚀性，SUS316LN不锈钢广泛应用于核电成套设备中，但SUS316LN不锈钢的耐磨性较差[1-3].为了进一步提高SUS316LN不锈钢的耐磨性和抗氧化性，采用等离子堆焊方法在其表面制备了Ni 基合金强化层，研究了SUS316LN等离子堆焊Ni基合金粉末的最佳工艺参数，在最佳工艺参数条件下分析了堆焊层的成形特点、冶金缺陷特性、组织形态及性能特征.1 试验1.1 试验材料试验材料为SUS316LN不锈钢与WELPC-6镍基合金粉末.SUS316LN不锈钢的化学成分为w(C)≤0.03%，w(Si)≤1%，w(Mn)≤2%，w(Ni)=12%～15%，w(Cr)=16%～18%，w(Mo)=2%～3%，w(N)=0.12%～0.22%，余量为Fe.WELPC-6镍基合金粉末的化学成分为w(C)=0.73%，w(Si)=4.28%，w(Cr)=14.56%，w(Co)=0.09%，w(B)=3.37%，w(Fe)=3.8%，余量为Ni.1.2 试验装置等离子堆焊枪体原理如图1所示.图1 等离子堆焊枪体原理Fig.1 Principle of plasma cladding gun body枪体主要由钨电极、内喷嘴、外喷嘴与保护气喷嘴等组成.等离子堆焊的最佳规范参数是堆焊电流为56～68 A，电弧电压为26 V，旋转工作台旋转速度为0.35r/min，送粉速度为1.5～4.5 g/min，送粉气体流量为4 L/min，等离子气体流量为0.8 L/min，保护气体流量为15 L/min，钨电极直径为3.2 mm，预热温度为643～698 K.采用大越式磨损试验机进行堆焊层耐磨性试验，磨损试验机的工作原理如图2所示.图2中B为摩损轮半径，v为摩损轮转速.摩擦轮材质为AISI D2钢，其硬度为58 HRC，磨损过程中施加载荷为185.22 N，磨损距离为400 m，磨损速度为0.308 m/s.由耐磨性试验结果可以获得堆焊层的摩擦系数，其计算表达式[4]为u=M/rP(1)式中：M为摩擦力矩；r为摩擦轮半径；P为施加载荷.图2 磨损试验装置示意图Fig.2 Schematic wear test device2 结果与分析2.1 堆焊层的断口形貌图3为堆焊层的裂纹形态及断口形貌.如图3a所示，当在未预热的条件下进行堆焊时，堆焊层会形成大量裂纹，裂纹开裂方向几乎与熔合线垂直，且裂纹终止于熔合线，而不向热影响区扩展.如要消除堆焊层裂纹，需对零部件进行643 K以上的预热处理.如图3b、c所示，在堆焊层的裂纹断口处可以观察到山峰状形貌及解理台阶，且部分断口呈现准解理断口特征.堆焊层裂纹断口表面的EDS分析结果如图4所示.由图4可知，堆焊层裂纹断口表面存在Cr元素富集区域，初步推断这些富Cr物质由碳化物或硼化物组成[5-7]，这些富Cr物质的存在为准解理断裂提供了必要条件.2.2 堆焊层的显微组织等离子堆焊层的XRD图谱如图5所示.由图5可知，堆焊层金属相由γ-Ni、CrB、Cr2B、Cr7C3和Cr23C6组成.图3 堆焊层的裂纹形态及断口形貌Fig.3 Morphologies of cracks and fracture surface of cladding layer图4 堆焊层裂纹断口表面的EDS分析结果Fig.4 EDS analysis results on fracturesurface of cladding layer在最佳堆焊规范条件下等离子堆焊层的显微组织如图6所示.由图6可见，堆焊层内部无缺陷产生.通过分析堆焊层的金相组织可知，从熔合线到堆焊表面堆焊层组织依次为平面晶生长区(图6中平面晶生长区过小，故未能标注)、亚共晶组织区、共晶组织区和过共晶组织区.过共晶组织中的初晶相形态呈现长条状(见图6a)、星状(见图6b)、针状(见图6c)和块状(见图6d).共晶组织的形态呈现菊花状(见图6e)和普通形态(见图6f).此外，初晶相最大尺寸约为20 μm[8].图5 堆焊层的XRD图谱Fig.5 XRD spectrum of cladding layer图6 等离子堆焊层的显微组织Fig.6 Microstructures of plasma cladding layer 等离子堆焊层组织的EPMA分析结果如图7所示.图7 堆焊层组织的EPMA分析结果Fig.7 Results of EPMA analysis for microstructuresof cladding layer由图7a可见，长条状初晶相中Cr、B含量较多，Ni、Fe含量较少，C含量基本保持不变，因此，初步判定该长条状初晶相为CrB(或Cr2B)相.由图7b可见，菊花状共晶组织的深色部分中Cr、B含量较多，浅色部分中Ni、Fe含量较多，C含量基本保持不变，因此，初步确定该共晶组织由γ-(Ni，Fe)+Cr2B(或CrB)组成.由图7c、d可见，针状及块状初晶相中Cr、C含量较多，Ni、Fe含量较少，B含量基本保持不变，因此，初步确定该初晶相为Cr7C3(或Cr23C6)相.堆焊层普通形态共晶组织的EDS分析结果如图8所示.由图8可见，堆焊层共晶组织的浅色部分中Cr、Fe含量较多，深色部分中Ni含量较高.因此，初步确定该共晶组织由γ-Ni+(Cr，Fe)23C6(或(Cr，Fe)7C3)组成[5].图8 堆焊层共晶组织的EDS分析结果Fig.8 EDS analysis results for eutectic microstructurein cladding layer2.3 堆焊层的显微硬度由母材到堆焊层表面的硬度分布如图9所示.由图9可知，堆焊层平均维氏硬度超过50 HV，母材维氏硬度约为150～200 HV，与母材相比堆焊层硬度提高了3～5倍.CrB(或Cr2B)、Cr7C3(或Cr23C6)等硬质相的存在，导致堆焊层的硬度存在峰值，这是因为这些硬质相能够起到耐磨骨架作用，因而可以显著提高堆焊层的耐磨性[8].图9 堆焊层硬度分布Fig.9 Hardness distribution for cladding layer2.4 堆焊层的磨损性能等离子堆焊层的磨损试验结果及磨损表面状态如图10所示.由图10a可知，堆焊层的摩擦系数约为0.51～0.58，母材SUS316LN不锈钢的摩擦系数约为0.62～0.69.由图10b可知，等离子堆焊层的磨损失重约为380 mg，母材SUS316LN不锈钢的磨损失重约为3 426 mg，与母材相比堆焊层的耐磨性提高了约9倍.由图10c可以观察到，堆焊层磨损表面存在碳化物或硼化物相，这些硬质相在磨损过程中起到了耐磨骨架作用，因而大幅度地提高了堆焊层的耐磨性[9-10].3 结论通过对等离子堆焊层的制备工艺、组织及性能进行研究，获得了如下结论：1) 从熔合线到堆焊表面堆焊层组织依次由平面晶生长区、亚共晶组织区、共晶组织区和过共晶组织区组成，堆焊层金属相由γ-Ni、CrB、Cr2B、Cr7C3和Cr23C6组成.2) 堆焊层过共晶组织中的初晶相由硼化物(CrB或Cr2B)和碳化物(Cr7C3或Cr23C6)组成，且堆焊层初晶相最大尺寸约为20 μm，而共晶组织主要由富(Ni，Fe)奥氏体固溶体或富Ni奥氏体固溶体组成.图10 堆焊层磨损试验结果及磨损表面状态Fig.10 Wear test results and wear surfacestate for cladding layer3) 堆焊层中形成了碳化物和硼化物等硬质相，这些硬质相具有较高的硬度，且弥散分布于基体中，使得堆焊层的平均硬度达到50 HV以上，约为母材硬度的3～5倍.4) 堆焊层的摩擦系数约为0.51～0.58，母材SUS316LN不锈钢的摩擦系数约为0.62～0.69，与母材相比堆焊层的耐磨性提高了约9倍.参考文献(References)：【相关文献】[1] 刘珊珊.Ni基合金堆焊性能的研究 [D].沈阳：沈阳工业大学，2015.(LIU Shan-shan.Research on Ni-base alloy welding performance [D].Shenyang：Shenyang University of Technology，2015.)[2] 杨晓雅，何岸，张海龙，等.核电用 316LN 奥氏体不锈钢延性断裂阈值研究 [J].热加工工艺，2015，44(21)：94-97.(YANG Xiao-ya，HE An，ZHANG Hai-long，et al.Study on ductile fracture threshold of 316LN austenitic stainless steel for nuclear power [J].Hot Working Technology，2015，44(21)：94-97.)[3] 赵彦华，孙杰，李剑峰.KMN 钢激光熔覆 FeCr 合金修复层组织性能及耐磨、耐蚀性研究 [J].机械工程学报，2015，51(8)：37-43.(ZHAO Yan-hua，SUN Jie，LI Jian-feng.Research on microstructure properties and wear and corrosion resistance of FeCr repaired coating on KMN steel by laser cladding[J].Journal of Mechanical Engineering，2015，51(8)：37-43.)[4] 邓德伟，耿延朝，田鑫，等.等离子堆焊铌元素增强镍基合金堆焊层的组织与性能 [J].材料热处理学报，2014，35(2)：202-206.(DENG De-wei，GENG Yan-chao，TIAN Xin，et al.Microstructure and performance of nickel-based alloy with niobium coating through plasma surfacing [J].Journal of Materials and Heat Treatment，2014，35(2)：202-206.)[5] 罗思海，何卫锋，周留成，等.激光冲击对K403镍基合金高温疲劳性能和断口形貌的影响 [J].中国激光，2014，41(9)：1-5.(LUO Si-hai，HE Wei-feng，ZHOU Liu-cheng，et al.Effect of laser shock processing on high temperature fatigue properties and fracture morphologies of K403 nickel-basedalloy [J].Chinese Journal of Lasers，2014，41(9)：1-5.)[6] 薄春雨，杨玉亭，丑树国，等.690镍基合金结晶裂纹形成机理分析 [J].焊接学报，2007，28(10)：69-72.(BO Chun-yu，YANG Yu-ting，CHOU Shu-guo，et al.Solidification cracking mechanism of 690 nickel-based alloy surfacing metal [J].Journal of the China Welding Institution，2007，28(10)：69-72.)[7] 徐国建，殷德洋，杭争翔.激光熔覆钴基合金与碳化钒的功能梯度层 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Science and Technology，2007，29(10)：999-1004.)。
211018427_N2_流量比对AlCrMoSiN_涂层组织结构和性能的影响
装备环境工程第20卷第3期·108·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年3月N2流量比对AlCrMoSiN涂层组织结构和性能的影响葛敏，刘艳梅，李壮，王重阳，张蕊，王铁钢（天津职业技术师范大学 天津市高速切削与精密加工重点实验室，天津 300222）摘要：目的减少硬质合金刀具在干式切削时产生的切削热，降低切削温度，从而提高刀具使用寿命。
向AlCrSiN涂层中掺杂Mo元素，在涂层服役过程中易生成层状MoO3润滑膜，降低刀面与切屑和工件间的摩擦，实现涂层刀具的自润滑功能。
方法利用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术制备AlCrMoSiN涂层，改变反应气体N2流量，调节涂层的成分和结构。
采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析AlCrMoSiN涂层的物相成分和微观结构，利用纳米压痕仪、划痕仪和摩擦试验机分别测试涂层的力学性能和摩擦学行为。
结果当N2流量比增大，AlCrMoSiN涂层沿(111)晶面择优生长，衍射峰变得尖锐，(111)和(200)晶面衍射峰向小角度偏移。
当N2流量比为16%时，涂层的硬度和弹性模量最大，分别为17.56 GPa和292.31 GPa。
当N2流量比为18%时，涂层的临界载荷最高，约为70.6 N，摩擦系数最低达0.54，磨损率为1.3×10–3µm3/(N µm)，此时涂层最耐磨。
结论N2流量比对涂层组织结构有重要影响，随着N2流量比增大，涂层的力学性能与摩擦磨损性能逐渐改善。
关键词：复合磁控溅射；AlCrMoSiN涂层；N2流量比；自润滑；微观结构；力学性能；摩擦磨损性能中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)03-0108-09DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.03.014Effects of N2 Flow Ratio on Microstructure and Properties of AlCrMoSiN Coatings GE Min, LIU Yan-mei, LI Zhuang, WANG Chong-yang, ZHANG Rui, WANG Tie-gang(Tianjin Key Laboratory of High Speed Cutting and Precision Manufacturing, Tianjin University of Technologyand Education, Tianjin 300222, China)ABSTRACT: The work aims to reduce the cutting heat generated by carbide tools during dry cutting, reduce the cutting temperature, and thus improve the tool life. Mo elements were doped into the AlCrSiN coating, and the laminar MoO3 lu-收稿日期：2023–01–18；修订日期：2023–03–08Received：2023-01-18；Revised：2023-03-08基金项目：天津市教委科研计划（2021ZD005, 2022ZD020, 2022ZD033）Fund：The Key Projects of Scientific Research Plan of Tianjin Education Commission (2021ZD005, 2022ZD020, 2022ZD033)作者简介：葛敏（1997—），女，硕士研究生，主要研究方向为刀具涂层技术。
材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响
在采用了自主设计的同种和异种材料搅拌摩擦焊对 接试验以后，分析总结了材料性能与搅拌摩擦焊焊缝成形 之间的因果关系，主要研究了搅拌头旋转速度对焊缝成形 的影响，焊接速度对焊缝成形的影响，不同性能的同种材 料时接头抗拉强度与工艺参数的关系，被焊母材性能与焊 核尺寸的关系，以及同种材料的不同材料状态，在焊缝横 截面上表现出的不同形貌的原因关系。
Internal Combustion Engine & Parts
Байду номын сангаас
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材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响
李瑞淤曰刘红梅于
（淤中信戴卡股份有限公司，秦皇岛 066001；于秦皇岛技师学院，秦皇岛 066001）
摘要院近年来，随着汽车行业的蓬勃发展，车身轻量化也成为了行业前进中的一个重要方向。在这个过程中，铝合金以其独有的综 合优势成为了最重要的轻量化使用材料。在车身覆盖件及汽车底盘、内饰零部件中，各种牌号的铝锻件、铝铸件、铝型材等已被广泛运 用。因此，对同种牌号及不同牌号铝合金材料间的搅拌摩擦焊进行研究具有重要的意义。本文根据 1060 纯铝、5A06 和 7075 铝合金进 行的同种和异种材料搅拌摩擦焊对接的实验结果，分析讨论在是否不同的材料性能可以在采用搅拌摩擦焊后，焊缝成形不同。
综上所述，被焊材料的材料性能是影响焊接时金属流 动情况的直接因素之一，因此，被焊材料的材料性能是会 对焊缝成形产生影响。从结果来看，金属材料的性能不同， 焊缝周围的金属对焊缝塑性金属的变形抗力也会随之改
电流对高铬预置堆焊合金组织及耐磨性的影响
2023/09总第571期电流对高铬预置堆焊合金组织及耐磨性的影响聂军，田兵，娄卫清（中联重科集团股份有限公司，湖南长沙 410000）［摘要］共晶碳化物形态影响高碳铬铁的耐磨性。
采用高铬药芯焊丝自保护明弧堆焊预置合金粉末从而形成高铬堆焊合金，再借助金相显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜等手段，考察了焊接电流对合金显微组织及耐磨性的影响。
结果表明，随着焊接电流增加，母材稀释率增加，析出了M7C3、Fe3C、M2B、Fe2N等硬质相，M7C3尺寸和体积分数随之增大，洛氏硬度变化不大，磨损失重先轻微波动。
450A时，适量的γ-Fe包裹初生M7C3相，合金层表现出了较好的硬度和耐磨性。
［关键词］预置；高铬；堆焊；性能［中图分类号］G456.3 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2023）09-0067-05Effect of current on structure and wear resistance of high chromiumprefabricated surfacing alloyNIE Jun，TIAN Bing，LOU Wei-qing将预置合金粉末明弧堆焊于Q235等低合金钢，是一种非常经济、便捷、有效的制作大面积耐磨合金的方法［1，2］。
美国、德国、加拿大、澳大利亚等国家已将这一技术应用于矿山、冶金、机械等领域。
2008年，Karaoglu S教授指出，焊接电流是影响熔池熔深及焊接合金的最重要因素［3-5］。
较大的焊接电流会使母材产生较大的稀释率，从而使堆焊合金层出现体积分数较高的鱼骨状或片状变态共晶（α-Fe+（Fe，Cr）3C）组织［6］。
该类组织在外加冲击载荷作用下容易产生裂纹，这些裂纹容易快速扩展使熔覆金属层脱落，从而降低熔覆层合金的耐磨性［7，8］。
为提高熔覆层合金元素含量，同时降低Q235母材对稀释率的影响，本文研究了焊接电流对高铬药芯焊丝明弧堆焊预置合金粉末型合金的显微组织及耐磨性的影响。
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ｗｅｌｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｆａｃｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ａｎｄ ｐｏｗｄｅｒ ｆｅｅｄ ｒａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅ－ ｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ａ ｌｏｔ，ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｄｉｆ－ ｆｕｓｉｏｎ ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｓｉｏｎ ａｒｅａ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ １１０ Ａｉｓ ａｂｏｕｔ ６３０ ＨＶ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｂｏｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｏｒ ｌｏｗｅｒ ｐｏｗｄｅｒ ｆｅｅｄ ｒａｔｅｓ．Ｍｉｃｒｏ－ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｆｕｓｉｏｎ ａｒｅａ，ｄｅｎｄｒｉｔｅ （ｎｅｅｄｌｅ－ｌｉｋｅ，ｓｔｒｉｐ－ｌｉｋｅ ａｎｄ ｆｌｏｒｅｔ－ｌｉｋｅ）ｎｅａｒ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｅｑｕｉａｘｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ｂｕｌｋ－ｌｉｋｅ ａｎｄ ｐｌａｔｅ－ｌｉｋｅ）ｎｅａｒ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ．Ａｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｆｌｏｒｅｔ－ｌｉｋｅ ｅｕ－ ｔｅｃｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｄｏｎ’ｔ ｄｉｓａｐｐｅａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ａｓ ｐｏｗｄｅｒ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｎｅｅｄｌｅ－ｌｉｋｅ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒｅｓ ｂｅｃｏｍｅ ｍｏｒｅ ｂｕｌｋｙ．Ｔｈｅ ｓｔｒｉｐ－ｌｉｋｅ ａｎｄ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｂｕｌｋ－ｌｉｋｅ ｂｏｒｉｄｅｓ ａｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔ－ ｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｏｗｄｅｒ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｏｆ ６ｇ／ｍｉｎ．
ＧＥ Ｙａｎ－ｌｉｕ１，ＤＥＮＧ Ｄｅ－ｗｅｉ １，ＴＩＡＮ Ｘｉｎ２，ＧＵＡＮ Ｍｅｎｇ２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１６０２４；２．Ｓｈｅｎｙ－ ａｎｇ Ｂｌｏｗｅｒ Ｗｏｒｋｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８６９）
收 稿 日 期 ：２０１１－０６－１３；修 回 日 期 ：２０１１－０７－１８ 基 金 项 目 ：＊ 国 家 自 然 科 学 基 金 （１１０７２０４５） 作者简介：葛言柳 （１９８６—），男（汉），安徽蚌埠人，硕士生。
的表面强化和修复中 。 ［１－４］ 传统的核 电 设 备 表 面 强 化 使 用 钴 基 堆 焊 合
葛 言 柳１，邓 德 伟１，田 鑫２，关 锰２
（１．大连理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 大连 １１６０２４；２．沈阳鼓风机集团，沈阳 １１０８６９）
摘 要：采用等离子堆焊技术在 Ｚ２ＣＮ１８－１０不锈钢表面堆焊 Ｎｉ６０合金粉末熔覆层。应用扫 描 电 镜、电 子 探 针、Ｘ－ 射
线衍射仪、显微硬度计等测试手段，研究焊接电 流 和 送 粉 速 度 对 Ｎｉ６０ 合 金 等 离 子 堆 焊 层 组 织 结 构 和 显 微 硬 度 的 影 响 。 结果表明：堆焊层显微硬度较基材有明显提高，并且在熔合区域出现明显的硬度过渡和元素扩散区。焊接电 流 为 １１０ Ａ 时堆焊层显微硬度为６３０ ＨＶ。随着焊接电流增大或送粉 速 度 降 低，堆 焊 层 硬 度 和 熔 合 区 硬 度 梯 度 均 明 显 降 低 。 堆 焊 层出现了明显的组织梯度，包括熔合区、近熔合区树枝晶区（针状、条状、小 花 状）和 近 表 层 等 轴 晶 区 （块 状、片 状）。 焊 接 电流增加，近表面区域小花状共晶 结 构 并 未 消 失，体 积 含 量 增 大。 送 粉 速 度 降 低，堆 焊 层 近 熔 合 线 区 域 针 状 结 构 变 粗 大 。 送 粉 速 度 为 ６ｇ／ｍｉｎ 时 ，堆 焊 层 中 部 区 域 出 现 了 具 有 方 向 性 的 长 条 状 和 分 离 的 块 状 硼 化 物 。
表３ 等离子堆焊焊接参数
Ｔａｂｌｅ ３ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ＰＴＡＷ ｐｒｏｃｅｓｓ
参 数 电 流／ Ａ 电 压／ Ｖ 摆 动 幅 度／ｍｍ 焊 接 速 度／（ｍｍ·ｍｉｎ－１） 保护气流量／ （Ｌ·ｍｉｎ－１） 送 粉 速 度／（ｇ·ｍｉｎ－１）
试样１ １１０ ３０ ２０ ４０ １０ １０
第２４卷 第５期 ２０１１ 年 １０ 月
中 国 表 面 工 程
ＣＨＩＮＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９２８９．２０１１．０５．００６
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１１
焊接参数对 Ｎｉ６０合金等离子堆焊层组织结构和显微硬度的影响＊
子尺寸 在 ４５～１５０μｍ 之 间。 图 ２ 为 Ｎｉ６０ 合 金 粉末的 Ｘ－ 射 线 衍 射 物 相 分 析 结 果，可 以 看 出 主 要含有 Ｎｉ３Ｆｅ和 γ－Ｎｉ，以 及 硼 化 物 （ＢＣｒ），还 有 一些 Ｎｉ－Ｓｉ和 Ｎｉ－Ｃｒ形成的化合物。
表１Ｎｉ６０ 合 金 粉 末 的 化 学 成 分
Ｔａｂｌｅ １Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｉ６０ａｌｌｏｙ ｐｏｗｄｅｒ
元素
Ｎｉ Ｆｅ Ｃｒ Ｃ Ｂ Ｓｉ
质量分数／％ 余量 １２．１３ １５．８５ ０．４６ ３．１１ ４．４５
表 ２Ｎｉ６０ 合 金 粉 末 尺 寸 及 质 量 分 数 Ｔａｂｌｅ ２Ｓｉｚｅ ａｎｄ ｐｅｒｃｅｎｔ ｏｆ Ｎｉ６０ａｌｌｏｙ ｐｏｗｄｅｒ 直径／μｍ １５０ １２５ １０６ ７１ ６３ ５３ ４５ 质量分数／％ １．４ １０．９ ２３．１ ４３．７ １０．９ ９．３ ０．７
图３（ｃ）、（ｄ）分 别 为 试 样 ２ 熔 合 线 处 和 近 表 面区域的 组 织 形 貌。 可 见 在 近 熔 合 区 分 布 着 垂 直 于 熔 合 线 的 针 状 结 构 （Ａ２），随 着 距 熔 合 线 距 离 的增大，针状 结 构 并 未 消 失，并 且 出 现 了 块 状 结 构（Ｂ２），在近表面 处 γ－Ｎｉ固 溶 体 基 体 上 分 布 着 长 条 状 结 构 （Ｃ２）和 不 规 则 分 布 的 小 花 状 结 构 ，并 且 小 花 状 结 构 分 为 两 种 。 一 种 为 独 立 分 布 （Ｄ２）， 另一种分布在 块 状 结 构 周 围 （Ｅ２）。 第 二 相 定 量 化 学 成 分 分 析 见 表 ５。
关 键 词 ：等 离 子 堆 焊 ；电 流 ；送 粉 速 度 ；显 微 组 织 ；显 微 硬 度 中图分类号：ＴＧ１４６．１５；ＴＧ４５６．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－９２８９（２０１１）０５－００２６－０６
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｎｉ６０Ａｌｌｏｙ Ｈａｒｄｆａｃｉｎｇ ｂｙ Ｐｌａｓｍａ Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ Ａｒｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ
金，具有很 高 的 耐 磨 性、耐 腐 蚀 性 能［５－６］，但 在 服 役过程中 强 化 材 料 中 的 Ｃｏ－５９ 经 辐 射 会 转 变 为 同位素 Ｃｏ－５８和 Ｃｏ－６０，Ｃｏ－５８和 Ｃｏ－６０的放射性 远远高于 Ｃｏ－５９，这 对 检 修 人 员 的 安 全 将 造 成 威 胁 。 ［７］ 所以在核电设 备 表 面 强 化 中，寻 求 无 钴 合 金作为强化材料，受 到 越 来 越 多 人 的 关 注。 镍 基 堆焊合金除了具有较高耐磨性和耐腐蚀性之外， 还具有优越的高 温 性 能［８］，为 核 电 无 钴 堆 焊 表 面
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｌａｓｍａ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ （ＰＴＡＷ）；ｃｕｒｒｅｎｔ；ｐｏｗｄｅｒ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ；ｍｉｃｒｏｓｔｕｃｔｕｒｅ；ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ
０ 引 言 钨极氩弧焊、手工 电 弧 焊、埋 弧 焊、等 离 子 堆 焊技术均可用于表面 强 化，其 最 大 的 区 别 在 于 生 产率、稀释率和制造 成 本 的 差 异。 在 这 些 技 术 当 中，等离子堆 焊 因 具 有 较 小 的 稀 释 率、较 低 的 变 形、生产效率 高 等 优 点，已 被 应 用 于 机 械 部 件 等
试样２ １３０ ３０ ２０ ４０ １０ １０
试样３ １１０ ３０ ２０ ４０ １０
６
利用型号为 ＸＲＤ－６０００的 Ｘ－ 射线衍射仪对 Ｎｉ６０合金粉末进行物相分析；型号为ＪＳＭ －５６００ ＬＶ 的扫描电镜对堆焊合金层显微组织进行观察 分析；型号为 ＥＰＭＡ－１６００ 的 电 子 探 针 对 堆 焊 合 金层进行定量点扫描 和 熔 合 线 处 定 性 面 扫 描；型 号为 ＭＶＣ－１０００Ｂ 维 氏 硬 度 计 测 量 堆 焊 层 剖 面 硬 度 分 布 ，载 荷 为 １ｋｇ，加 载 时 间 为 １５ｓ。
第５期