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阀门硬密封面粉末等离子堆焊层组织与性能的研究

发布日期:2020-03-27

   阀门硬密封面因为工作在恶劣工况环境中而受损,给国家或企业带来了极大的经济损失。钴基合金具有优良的耐蚀性和高温性能,常被堆焊在工件表面形成堆焊层增强耐磨性耐腐蚀性等以延长使用寿命。为研制综合性能更为优异的合金,通常加入某些强化元素,在堆焊时形成强化相或者改变熔池结晶方式从而组织发生改变,合金性能亦随之改变。鉴于等离子堆焊具有高效率、成形美观且易于实现自动化的特点,近年研究热点逐渐由激光熔覆钴基合金转向粉末等离子堆焊技术上。目前国内已经对等离子堆焊钴基合金做了大量的研究并且成果显著,同时添加强化物熔覆钴基合金的研究重点也主要集中在增添Ti、W、Hf、Te等元素及VN、WC、SiC等陶瓷颗粒。SiC具有价格低、易于制备等优点,是一种比较理想的钴基合金强化材料。本文以304不锈钢为基体,选用Co-Cr-W系(Stellite 6)、Co-Cr-Ni系(StelliteF)、Co-Mo-Cr系(T-400)合金粉末,加入不同质量分数的SiC对其等离子堆焊层的组织性能进行了研究。SiC的添加影响了晶体的生长,改变了堆焊层的组织及性能。向StelliteF加入SiC后,堆焊层界面至表面大致可分为熔合区平面晶区、胞状晶区、柱状树枝晶区、杂乱树枝晶区和表面细晶区,各区组织形状较为明显。加入6%SiC时的组织排列较有规律性,细小枝晶明显,而当SiC含量达到12%时堆焊层整体晶粒粗化严重,甚至出现热裂纹。堆焊层由γ-Co固溶体和γ-Co固溶体与碳化物M7C3(M=Cr、W、Fe)形成的共晶组织构成。向Stellite 6添加SiC后,堆焊层组织细密,熔合区明显可见。熔合区往上大致分为胞状晶区、柱状晶区、近表面细小等轴晶区。在9%SiC的涂层中发现堆焊层近表面和基体界面组织形状呈弥散蠕状分布,这种组织分布情况可能会对其耐磨性、抗冲击性能有一定影响。当SiC含量增加到12%时组织已经粗化严重,堆焊层主要有γ-Co、Cr3Co5Si2及多种碳化物组成。向T-400中添加3%SiC时,白亮带(即熔合区)胞状晶区较为狭窄,晶体生长方向虽有交错,但大致都指向外表面。加入6%的SiC时,又出现了许多块状组织,且生长方向不固定。当SiC含量增加至9%时,界面至表面大致为熔合区平面晶区、胞状晶区、细长的柱状树枝晶区和近表面细晶区。加入12%SiC时,表面细晶区范围变窄而热影响区并未出现耐蚀性严重下降或晶粒粗化等情况。涂层形成了以γ-Co固溶体为主体及其多种碳化物硅化物共晶组成,对涂层的强化起着重要作用。T-400合金在加入6%SiC时形成块状组织表现出优异的硬度和常温及高温耐磨性,对Stellite 6的影响不大,Stellite F粉末添加6%SiC时表现出优异的常温耐磨性。12%SiC堆焊层组织晶粒粗大,性能变差。SiC对T-400堆焊层的影响较为显著,添加后的硬度和耐磨性都高于Stellite 6和Stellite F合金,Stellite F表现出最差的耐磨性及硬度,Stellite F粉末添加6%SiC时也表现出优异的常温耐磨性。