稀土對高鉻高碳堆焊層耐磨性能影響

堆焊是一種用于金屬的熔焊方法，通常熔覆在材料表面一層或者多層起到一定的作用，從而提高工件的性能。碳弧堆焊電極堆焊方法一般采用石墨或碳棒作為電極，由于電極材料熱輸入量很大，表面合金粉末可以熔化，并且電極在燃燒過程中產(chǎn)生大量的CO2，隔絕空氣，起到保護熔池的作用。具有使用方便靈活等特點。該工藝與手工電弧焊相比，能獲得更大的合金含量，得到的堆焊層硬度耐磨性更高，在工礦業(yè)中有著廣泛的應用。

稀土元素能起到細化組織、減少夾雜 ，合理的利用稀土的作用性能，來提高鋼的硬度和耐磨性等，同時能改善焊接性能及組織結(jié)構(gòu)以獲得優(yōu)良的綜合性能。而在耐磨堆焊材料中稀土元素的作用以及作用規(guī)律卻研究較少。本文以高鉻鐵基耐磨合金為基礎，研究了稀土元素（Ce）對堆焊組織及性能的影響規(guī)律，從而獲得一定參考數(shù)據(jù)。

1  試樣制備與實驗方法

1.1  堆焊粉塊制備及堆焊方法

合金原料組成成分如表1所示。

表1  原料組成成分表(wt.%)

實驗合金粉末Cr和C的質(zhì)量分數(shù)分別為18%和3%，以稀土（Ce）質(zhì)量分數(shù)分別為0%、1%、2%和4%的條件下制備堆焊樣品。按照表中數(shù)據(jù)稱量粉末，添加適量水玻璃混合均勻。將混合均勻的合金粉末用壓樣機壓制成型，陰干后，放入鼓風干燥箱中，該合金粉塊是在120℃下干燥得到的。焊機采用交BX3-300，連接方式直流，堆焊基板為Q235鋼板。具體工藝參數(shù)見表2。

表2  堆焊參數(shù)

1.2  性能測試

硬度測試：硬度采用HR-150A硬度計。

耐磨性測試：磨料磨損采用銷盤型回轉(zhuǎn)式實驗機ML-10，砂紙為180目水磨砂紙，轉(zhuǎn)速度為60r/min，旋轉(zhuǎn)直徑為70-220mm，徑向進給量為1mm/r，載荷為10N，磨損時間為15min，磨損失重采用外分之一電子天平稱量。

2  實驗結(jié)果與分析

不同分布的堆焊層的顯微組織會引起硬度的變化，堆焊層的硬度隨稀土的質(zhì)量分數(shù)曲線如圖1所示。如圖1（a）和圖1（b）所示，隨著稀土質(zhì)量分數(shù)的增加，堆焊層的平均硬度增加，磨損減小。當稀土質(zhì)量分數(shù)從0％調(diào)整到2％時，堆焊層的硬度從HRC55顯著提高到HRC 3。當稀土質(zhì)量分數(shù)從2％增加到4％時，堆焊層硬度沒有繼續(xù)增加，反而略有下降。隨著稀土質(zhì)量分數(shù)的增加，失重先下降，然后變化不大。從上面可以看出，稀土元素可以增加堆焊層結(jié)構(gòu)的硬度和耐磨性，但是稀土元素的量與硬度和耐磨性并不成正比，并且還涉及到性價比問題，稀土的加入量不宜過多，應加入合適的量，發(fā)揮最大的作用，使得堆焊層有很好的耐磨性。

稀土加入量不同條件下的磨損形貌隨如圖2所示。不加稀土磨損后表面形貌如圖2（a）所示，可以看出有大量的深度犁溝磨損。當含量為1％時如圖2（b），面磨損與不加稀土樣品的大大減少，但仍有很多淺溝。當稀土含量為2％時如圖2（c），堆焊層磨損表面凹槽最淺，但當稀土加入量增加至為4％時，圖2（d）劃痕有再次增加，這與磨損失重測試結(jié)果一致，這說明堆焊合金中稀土含量不宜過多。

3  結(jié)語

隨著稀土質(zhì)量分數(shù)的增加，堆焊層的平均硬度增加，磨損量呈下降趨勢。當稀土質(zhì)量分數(shù)從0％調(diào)整到2％時，堆焊層的硬度從HRC55顯著提高到HRC63。當稀土質(zhì)量分數(shù)從2％增加到4％時，堆焊層硬度不繼續(xù)增加，但略有下降。隨著稀土質(zhì)量分數(shù)的增加，失重先下降，然后變化不大。

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