Cr12MoV鋼是高碳高鉻萊氏體鋼,屬耐酸高合金鋼,也是冷作模具鋼,具有較好的耐熱性、淬透性高、承載能力大、變形小等特點,但缺點是韌性和硬度不足,通常采用表面強化處理技術(shù)來提高其韌性和耐磨性。鑄造WC硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨性好、紅硬性好、熱膨脹系數(shù)小及良好的化學穩(wěn)定性,尤其是在工業(yè)應用中表現(xiàn)出較高的磨粒磨損抗力[1～4] 。鑄造WC是由兩種高熔點的間隙化合物組成的共晶體(WC +W2C) ,共晶組織的熔點低于單組元的間隙化合物的。Ni具有良好的浸潤性能,可與WC良好地結(jié)合。由于WC在高溫下易分解,降低了耐磨性能,因此在其表面包覆上一層鉻膜,鉻能從氧化物基體上奪取氧形成氧化物,具有較強的化學穩(wěn)定性和機械附著力,并與WC結(jié)合良好,阻止了WC分解,提高其涂層耐磨性。本課題采用相同的工藝,在Cr12MoV鋼基體上噴涂未包鉻的鎳基碳化鎢和包鉻的鎳基碳化鎢噴熔層,并對顯微硬度分布以及涂層的結(jié)合強度進行了測試。

1　試驗材料及方法

　　試驗基體材料為Cr12MoV鋼,主要化學成分(質(zhì)量分數(shù), % , 下同) 為1145 ～ 1170C、≤ 0135Mn、≤0140Si、11100 ～12150Cr、≤0135Ni、0140 ～0160Mo、0115～0130V、≤0103S、≤0103P、余量Fe。表面噴涂粉末為WC2Ni60 和Cr2WC2Ni60 兩種,其中WC粉末的主要化學成分為9915鑄造WC、015其它,WC粒度為0103mm～0105mm; Ni60粉的主要化學成分為314～411B、414～610Si、018～112C、1410～1810Cr、1010～1510Fe、余量Ni。粉末配比為Cr2WC∶Ni60 = 1∶3,WC∶Ni60 = 1∶3。其中Cr2WC是用磁控濺射的方法在WC粉末外包覆一層Cr。采用QH22 /h型氧2乙炔火焰噴槍在基材上進行熱噴焊。工藝流程為試樣用丙酮超聲波清洗—噴焊前進行300℃～400℃預熱處理—表面粗化—噴涂約111mm～115mm厚的粉末—表層重熔—空氣冷卻—粗磨—細磨—精磨—拋光。試樣尺寸為: 18mm×8mm×12mm, 試樣硬度為57HRC～60HRC,加工后涂層的尺寸為18mm×8mm×(015～018)mm。
　　采用X射線衍射儀對涂層的物相進行定量分析,采用HXD21000TMC顯微硬度計沿涂層橫截面的對稱中線測定顯微硬度并測定其膜/基結(jié)合強度,載荷砝碼為1000g,加載時間為20 s。經(jīng)研磨拋光后的試樣用30mL HF + 10mL HNO3 混合酸化學腐蝕,采用光學顯微鏡對涂層的橫截面組織結(jié)構(gòu)進行觀察分析。

2　試驗結(jié)果與分析

211物相分析
　　圖1為Cr2WC2Ni60涂層的X射線衍射譜。由圖1可知,物相構(gòu)成主要有Ni3 (Cr, Fe) 、W、WC、W2 C和Ni5 Si2 等,但沒有出現(xiàn)Cr相,表明Cr與Ni基合金相結(jié)合,形成了Ni、Cr化合物。相對應的衍射峰強為: I / I0(W2C) = 78%、I / I0 (WC) = 56% ,膜層上除了有WC和W2C占主要成分外,還有硬質(zhì)相W 存在,這表明WC表面鍍Cr有一定的作用,防止了WC因為溫度高而發(fā)生分解。在噴焊過程中也可以看出,在熔池中有
顆粒出現(xiàn),而未鍍Cr的WC熔池中沒有顆粒出現(xiàn)。

圖1　Cr2WC2Ni60復合涂層X射線衍射譜  212　顯微硬度分析
　　圖2為不同復合涂層的硬度分布曲線。由圖2可見,硬度由里及表逐漸增大, Cr2WC2Ni60涂層的硬度遠遠超過WC2Ni60涂層的硬度。在圖2a中熔合區(qū),可以看到較高的硬度點達到了1521177,原因是涂層中分布著極硬的硬質(zhì)相碳化物和硼化物,提高了復合涂層的耐磨性,且形成了大量的Ni2Cr固溶體,使涂層得到固溶強化和彌散強化,界面結(jié)合處變化平緩,沒有明顯的躍遷和裂紋,并有良好的冶金結(jié)合,提高了界面性能;熱影響區(qū)向著母材方向硬度逐漸下降,這一硬度分布特征正是合金元素在界面兩側(cè)發(fā)生擴散及涂層中各種元素的共同作用使涂層與母材間形成了牢固的冶金結(jié)合。從而降低了界面兩側(cè)材料在性能上的明顯差異,進一步提高了界面的結(jié)合強度,而圖2b中,涂層的最高硬度值僅達到1021165, Cr2WC2Ni60復合涂層的硬度比WC2Ni60復合涂層的高01倍。#p#分頁標題#e#

圖2　不同復合涂層顯微硬度變化曲線
(a) Cr2WC2Ni60　　(b) WC2Ni60

213　顯微組織分析
　　圖3為不同復合涂層的SEM照片。圖3中的白色顆粒是WC,中間彌散的黑色顆粒是鎳基合金。由圖3可見,涂層與基體的冶金結(jié)合良好,未出現(xiàn)裂紋,但有氣孔出現(xiàn), Cr2WC2Ni60的氣孔比WC2Ni60的氣孔少而且小,涂層與基體之間有明顯的分界,其原因是粉末中含Cr較多,當Cr含量> 0112時,在較高的溫度800℃)下強度都不會發(fā)生太大的變化。但是在高溫下碳化鎢易分解,不利于工程上應用,為了解決這個問題,在碳化鎢粒子外面包覆一層Cr膜具有較高的熱穩(wěn)定性[5] 。在高溫過程中,鑄造WC2Ni60表面層與基體Cr12MoV之間會產(chǎn)生一定量的相互溶解擴散,其中的W、C原子向金屬基體中擴散,使基體中的碳及合金元素含量增加。由涂層的表面形貌看(圖4) ,WC2Ni60涂層試樣的WC粒子與Ni基合金呈嵌入式生長; 而Cr2WC2Ni60涂層,由于在碳化鎢外包一層鉻,與鎳基合金有良好的冶金結(jié)合,在其周圍出現(xiàn)了平面晶和枝晶的混合共晶組織,枝桿上是γ2Ni,枝間是Ni, Cr基等第二相硬質(zhì)相點,因此明顯提高其耐磨性能,尤其是

圖3　不同復合涂層的SEM照片
(a) Cr2WC2Ni60　(b) WC2Ni60

圖4　不同復合涂層的粒子形貌
(a) Cr2WC2Ni60　(b) WC2Ni60

　　Ni2Cr2W2RE合金粉末噴熔層的顯微組織與耐磨性能蘇義祥,黃仲佳,王智平,路　陽(蘭州理工大學材料科學與工程學院,甘肅蘭州　730050)摘要:對Ni2Cr2W2RE合金粉末噴熔層的微觀組織與耐磨性能進行了分析研究,結(jié)果表明:噴熔層中的析出相主要有硼化物和碳化物;這些硬質(zhì)相分布均勻、細小、邊緣圓滑,耐磨性能很好; Ni2Cr固溶體基體對耐磨相有很好的支持力度;噴熔層與基體之間有少量的元素相互擴散,形成良好的冶金結(jié)合,結(jié)合界面呈現(xiàn)細條白亮帶;耐磨性能是高碳高鉻鑄鐵的6倍,是ZGCr5Mo耐磨鋼的11倍。
　　關(guān)鍵詞:Ni2Cr2W2RE合金粉末;噴熔層;顯微組織;耐磨性能　油漿泵是用來輸送固體催化劑和油漿的,其泵體泵蓋及相關(guān)抗磨蝕工件的使用壽命直接影響著輸送物料的正常作業(yè)。由于這些工件長期工作在420℃左右,磨損、腐蝕很嚴重。通常國內(nèi)選用成本較低的ZGCr5MoZG1Cr13作為泵體泵蓋材料,淬火后硬度B、Si、Cr等元素固溶于Ni基奧氏體中,產(chǎn)生固溶強化用,B、Si與合金中的Ni、Cr、C等生成多種合金間化合物以及硼碳化合物,以硬質(zhì)相彌散分布在合金中,這些硬質(zhì)相硬度極高,從而提高了合金的硬度和耐磨性。

3　結(jié)論

　　(1) 用熱噴焊的方法在Cr12MoV基體表面制得Cr2WC2Ni60復合涂層,由表及里由熔合區(qū)、結(jié)合區(qū)和熱擴散影響區(qū),其表面組織特征是:由平面晶和枝晶的混合共晶組織,枝桿上是γ2Ni,枝間是Ni、Cr基等第二相硬質(zhì)相點,可以大大提高其耐磨性能。
　　(2) 在熱噴焊過程中,在Cr2WC2Ni60熔池中有顆粒狀粒子出現(xiàn),在WC2Ni60中未出現(xiàn)顆粒狀粒子,說明WC已分解。在XRD圖譜中可以看到,硬質(zhì)相W沒有分解,說明Cr包WC起到了阻止WC分解的作用。
　　(3) 涂層與基體間形成牢固的冶金結(jié)合,主要原因是在熱噴焊過程中,界面兩側(cè)的Cr、Ni、Fe、C等元素的互擴散。
　　(4) Cr2WC2Ni60復合涂層顯微硬度分布沿層深方向變化平緩,在界面處無明顯的梯度躍遷,硬質(zhì)相的生成起到彌散強化的作用,其涂層的顯微硬度比WC2Ni60涂層的高015倍。