何軍委,吳保橋,吳湄莊,沈千成,彭 林,汪 杰,丁朝暉

(馬鋼技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243002)

鋼鐵是我國常用的工業(yè)材料之一，經(jīng)常被用來制作一些機(jī)械設(shè)備，應(yīng)用于各種行業(yè)，尤其一些重工設(shè)備，但是由于工作環(huán)境的惡劣，這些機(jī)械設(shè)備在短期內(nèi)就發(fā)生磨損、腐蝕等情況。因此，開發(fā)新的硬質(zhì)合金將具有重要的使用價(jià)值和戰(zhàn)略意義。

國內(nèi)學(xué)者主要是集中于在鋼基體上制備MoFeB基金屬陶瓷覆層，然而對(duì)MoFeB基金屬陶瓷缺乏系統(tǒng)地基礎(chǔ)研究，對(duì)制備工藝等方面的研究還是比較少。

文中研究內(nèi)容是：探索不同熱處理工藝對(duì)復(fù)合層的組織與硬度影響，確定最佳組織性能的熱處理工藝。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)制備MoFeB金屬基陶瓷所用的粉體材料：鉬(Mo)粉、鉬鐵(FeMo)粉、硼鐵(FeB)粉、碳化鎢(WC)粉，基板選用16Mn熱軋鋼板，具體化學(xué)成分見表1。

表1 化學(xué)成分(wt%)

1.2 試驗(yàn)方法

粉體材料按照上述配比均勻混合后裝入直徑10 mm的不銹鋼管子中，采用氬弧焊在基體鋼上進(jìn)行堆焊，將堆焊好的試樣進(jìn)行正火、淬火和回火熱處理見表2。

表2 熱處理工藝

2 結(jié)果及分析

2.1 基體鋼硬度分析

通過對(duì)熱處理前后基體鋼的硬度分析，其中淬火后對(duì)基體鋼硬度提升最大，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 熱處理前后Mo2FeB2金屬陶瓷覆層的硬度

2.2 覆層硬度分析

為了進(jìn)一步了解MoFeB基金屬陶瓷覆層的硬度以及覆層大致厚度，圖1是其顯微硬度值折線圖，圖中橫坐標(biāo)數(shù)值表示界面處到基體鋼和硬質(zhì)合金的距離，“0”表示界面處，正表示到硬質(zhì)合金方向，負(fù)表示到基體鋼方向，豎坐標(biāo)數(shù)值表示顯微硬度值。

圖1 覆層硬度

16Mn的MoFeB金屬陶瓷覆層進(jìn)行正火、淬火以及回火后發(fā)現(xiàn)，覆層界面處的硬度并不是突變，而是存在著一個(gè)硬度過渡層，厚度大致為0.2 mm。

由圖1可知，在界面處，淬火和回火處理后的覆層顯微硬度值可達(dá)900 HV-1000 HV，而正火處理后的覆層顯微硬度值為300 HV-500 HV，由此可見淬火和回火處理對(duì)過渡層顯微硬度提升較大。

2.3 顯微組織分析

圖2是MoFeB金屬陶瓷-16Mn堆焊層熱處理前后的金相組織照片。從圖中可以看出，其中亮白色的組織形狀呈胞狀或胞狀枝晶，為鐵基固溶體基體；而灰色的區(qū)域?yàn)榫W(wǎng)狀的共晶組織，為硼化物硬質(zhì)相。另外，從圖中看出胞狀枝晶的晶粒有緩慢變小的趨勢，結(jié)晶方式主要為異質(zhì)成核長大。

2.4 XRD圖譜分析

由圖3中可以看出，覆層主要由MoFeB、WC和Fe以及CrC組成。其中少量的Cr與殘留C發(fā)生反應(yīng)，從而降低了C的殘留量，大大地降低了C對(duì)MoFeB對(duì)覆層的不利影響。

由于MoFeB金屬陶瓷中相的形成隨著燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間的不同而產(chǎn)生變化，試樣在堆焊過程中即使處于同一時(shí)間但所形成的MoFeB的溫度和狀態(tài)也完全不一樣。所以堆焊形成的覆層中金相組織不僅與普通燒結(jié)形成的進(jìn)行組織有差異，而且比燒結(jié)形成的更為復(fù)雜。

圖2 Mo2FeB2金屬陶瓷-16Mn堆焊層熱處理前后組織

圖3 Mo2FeB2金屬陶瓷-16Mn鋼界面處的XRD

3 結(jié)論

通過對(duì)MoFeB金屬陶瓷-16Mn覆層經(jīng)過不同熱處理等一系列實(shí)驗(yàn)和分析之后，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

堆焊合金的硬質(zhì)相顯微硬度超過1000HV，基體的顯微硬度約為87HRA。

MoFeB金屬陶瓷涂層經(jīng)過不同熱處理后，回火的力學(xué)性能要優(yōu)于正火、淬火處理，其顯微硬度高達(dá)1203V。

MoFeB金屬陶瓷組織致密，由Fe粘結(jié)相和MoFeB硬質(zhì)相組成。

MoFeB金屬陶瓷覆層材料界面屬于冶金組合，在界面存在一個(gè)硬度漸變區(qū)，厚度約為0.2 mm。