高频感应熔覆截齿耐磨层的试验研究

论文摘要

为了提高采煤机截齿的使用性能及服役寿命,根据采煤机截齿的失效形式及形状特点,本文提出采用高频感应熔覆技术在采煤机截齿前端表面制备一层低成本、高耐磨、约2mm厚的WC增强Fe基熔覆层,通过复合粉末优化试验,确定了合理的WC粉末含量,并研究了热处理工艺对熔覆层组织及性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析了熔覆层及界面的组织特征与相组成；测试了熔覆层洛氏硬度与显微硬度,并进行耐磨性试验及磨损形貌观察,评价了熔覆层的耐磨性能。研究了高频感应熔覆层的组织及性能的关系,分析了熔覆层的凝固过程及磨损机理。结果表明：（1）以Fe基自熔性合金粉末为熔覆材料,结合使用A12O3感应熔覆套,在合适的高频感应熔覆工艺下,在圆柱基体表面获得了冶金结合的耐磨熔覆层,该熔覆层光滑平整,连续均匀,表面无裂纹。（2）熔覆层组织具有明显的快速凝固特征,熔覆层向边缘方向表现出不同的凝固组织形态,在界面处为平面晶,然后过渡为柱状晶,至熔覆层中部为等轴晶组织。Fe基熔覆层主要由大块树枝状的奥氏体区域与分布于奥氏体枝晶中鱼骨状共晶体组成,相组成为γ-Fe和（Cr,Fe）7（C,B）3；WC增强Fe基复合熔覆层的相组成主要为γ-Fe、（Cr,Fe）7C3、WC及W2C等。（3）经950℃淬火+250℃回火后,熔覆层界面更均匀、致密,熔覆层中奥氏体转变成马氏体,并伴随弥散分布的二次碳化物析出,随着WC含量的增加,二次碳化物析出也增加,均匀地分布于马氏体组织中；同时,鱼骨状共晶体转变成了板块状,且数量变少。（4）Fe基熔覆层的洛氏硬度大约为基体的4倍,WC含量为20%时达到最高值,为63.6HRC;含15%WC试样的界面处显微硬度值达到最高值,为HV0.31166.3;经热处理后,熔覆层洛氏硬度与显微硬度均有所下降,这是由于碳化物的形状发生了变化,且数量有所减少。（5）磨损试验表明,WC含量为15%试样熔覆层耐磨性最优,为基体的2.56倍,热处理后耐磨性有一定程度的降低,与硬度值的表现相一致。熔覆层的磨损形式主要为微观切削、犁沟,且犁沟很浅,熔覆层耐磨性很好。（6）采用高频感应熔覆技术,使用15wt.%的WC复合合金粉末制备截齿表面耐磨层,该熔覆层与基体达到冶金结合,熔覆层组织均匀、致密、无缺陷,熔覆层硬度远高于标准要求值,耐磨性优异,且摩擦时火花很少。该技术可以广泛地应用于圆柱体、圆锥体等回转体工件的表面涂层制备与修复中,在工程实际中具有良好的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 表面工程技术的发展趋势
• 1.2.1 表面改性技术
• 1.2.2 薄膜技术
• 1.2.3 涂镀层技术
• 1.3 截齿表面处理现状
• 1.4 课题的研究意义、内容及技术路线
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 课题主要研究内容
• 1.4.3 课题的研究技术路线
• 2 试验过程及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 熔覆层材料
• 2.1.3 高频感应熔覆套
• 2.2 高频感应熔覆工艺
• 2.2.1 基体表面预处理
• 2.2.2 试样组装
• 2.2.3 感应熔覆工艺
• 2.3 显微组织及结构分析
• 2.3.1 显微组织分析
• 2.3.2 X射线衍射分析
• 2.3.3 扫描电镜能谱分析
• 2.4 高频感应熔覆层性能测试
• 2.4.1 洛氏硬度测试
• 2.4.2 显微硬度测试
• 2.4.3 磨损试验
• 2.4.4 试样磨损形貌观察
• 2.5 高频感应熔覆耐磨层粉末合金设计
• 2.5.1 感应熔覆用材料
• 2.5.2 截齿失效分析
• 2.5.3 高频感应截齿耐磨层的合金粉末成分设计
• 3 高频感应熔覆层形貌、组织特征及相结构分析
• 3.1 宏观形貌
• 3.2 高频感应熔覆层的组织特征
• 3.2.1 高频感应Fe基熔覆层的形貌及组织特征
• 3.2.2 高频感应WC增强Fe基熔覆层的形貌及组织特征
• 3.3 高频感应熔覆层相结构分析
• 3.3.1 高频感应Fe基熔覆层的相结构分析
• 3.3.2 高频感应WC增强Fe基熔覆层的相结构分析
• 3.4 熔覆层结晶过程分析
• 3.5 本章小结
• 4 热处理对高频感应熔覆层的组织影响
• 4.1 热处理工艺
• 4.2 热处理对熔覆层组织的影响
• 4.2.1 热处理对熔覆层界面的影响
• 4.2.2 热处理对Fe基熔覆层组织的影响
• 4.2.3 热处理对WC增强Fe基熔覆层组织的影响
• 4.3 本章小结
• 5 高频感应熔覆层的性能与应用研究
• 5.1 高频感应熔覆层硬度测试
• 5.1.1 洛氏硬度
• 5.1.2 显微硬度
• 5.2 耐磨性实验
• 5.3 磨损机理
• 5.4 高频感应熔覆技术在采煤机截齿上的应用研究
• 5.4.1 高频感应熔覆截齿表面耐磨层的制备
• 5.4.2 截齿高频感应耐磨层组织
• 5.4.3 截齿性能
• 5.4.4 展望与不足之处
• 5.5 本章小结
• 6 主要结论
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢