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轧辊表面堆焊50Cr13合金组织性能的研究

更新时间:2009-03-28

堆焊是为了提高表面高温耐磨性而在工件表面熔敷多层合金而进行的焊接工艺[1]。堆焊是耐高温材料零部件修复﹑再利用的有效手段。国内外大量研究人员对轧辊堆焊技术深入研究,轧辊堆焊技术得到改进提高[2-4]。轧钢活套装置的导辊故障频繁,主要现象是轴承损坏以后卡死从而引起导轮磨损﹑粘钢,进而导致产品表面质量缺陷。导辊的损坏浪费了大量的人力﹑物力和财力,如何提高轧辊的表面性能﹑疲劳寿命一直是轧钢企业急需解决的重要课题。50Cr13合金焊丝含Cr量含C量高,堆焊到轧辊表面后表面硬度高,耐磨性好,并具有较高的防锈性能[5],目前没有轧辊表面堆焊50Cr13合金的文献报道。本文在筒体Q235钢轧辊表面堆焊50Cr13合金焊丝,焊后对其组织结构和显微硬度进行了研究分析。

1 试验材料与方法

本试验选用轧辊Q235钢作为母材。堆焊后,整个堆焊层厚度要求比较均匀,相邻焊道之间的凹陷度,焊道接头的不平度要求不大于1 mm,加工后的最小厚度(堆焊的过渡层和堆焊层表面总厚度)应不小于3 mm[6]。堆焊前,首先对母材表面进行车削加工、去除铁锈等杂质,使母材表面无夹渣、气孔等缺陷。在许多焊接方法中,目前用于获得硬表面层堆焊的一个最有效的方法是使用药芯焊丝[7],本次堆焊采用的50Cr13管状药芯焊丝,型号为8420(焊丝直径3.2 mm),其化学成分如表1所示。本试验选用焊剂为HJ260,焊前在350℃烘箱中烘干2 h,以清除焊条药皮的吸附水分,保温待用。

 

表1 焊丝的化学成分

  

元素CCrSiMnWMoSPV质量分数0.61%12.50%0.65%1.8%1.72%1.68%0.013%0.021%0.65%

使用ZD5-1250自动埋弧焊机,直流反接。堆焊层数以保证堆焊层厚度满足设计要求为前提[8],在筒体轧辊母材的外表面堆焊五层合金,单层的堆焊层的厚度大约是1 mm,经过反复实验,堆焊五层再表面加工后正好满足堆焊层总层深5 mm的加工要求,各层焊接工艺参数如表2所示。每层施焊后必须在空气中冷却,过渡层堆焊后,应进行消除应力热处理,待前一层冷却后,才能开始下一层的施焊,堆焊结束后再冷却24 h。

 

表2 焊接工艺参数

  

层数电压/V电机转速/(r·min-1)减速机速比小车行车速度/(m·h-1)焊接速度/(m·h-1)129~30800~8508413.8~4.132~34229~30800~8508412.8~3.232~34329~30780~8208412.5~2.831~33429~30780~8208410.5~0.631~33529~30780~8208410.3~0.431~33

在堆焊冷却完成后的轧辊上用DK M332S数控电火花线切割加工机床切割下9.8 mm×10 mm的试样,厚度为2 mm。打磨抛光后用5%硝酸酒精溶液腐蚀120秒。采用JSM6490/LV扫描电子显微镜(SEM)对该试样的显微组织进行观察,用X’Pert Pro MPD能谱仪(EDS)对轧辊成分进行分析。由堆焊层向母材方向每隔0.25 mm取一个测试点,多点测试取平均值。用200HV-5型小负荷维氏硬度计进行硬度测试,载荷为200 g。

超前探水是在隧道掘进之前采用钻探设备对隧道将掘进段地质情况和岩层渗水涌水情况进行全面了解,为治水方案的选择奠定基础。

本项目使用的混凝土平仓推土机有两类,分别为D31p-18A和D65P-8,二者均产自日本;所使用的仓面碾压设备有三类,包括BW200、BW202AD和BW75S,三者均产自德国。检测设备有DN-40中子仪和TS-600VC值测量仪。

2 试验结果及分析

2.1 堆焊接头显微组织

[5] 吕展航.ZG5Cr13钢的相变与卡尺尺框的热处理[J].金属热处理,1998(3):20-22.

(2)焊材和母材的成分存在较大的差异,堆焊最里面层稀释率最高,焊材的成分和母材的成分混合不均匀,越往外层堆焊,稀释率越小,堆焊金属越不受母材的影响,故越远离堆焊层,Cr元素含量越少且分布不均匀,而C元素含量逐渐增多。

  

图1 试样纵截面显微组织

熔合线左侧是堆焊层,该区域成型美观、致密无缺陷,含Cr、含C量较高,主要由细小的板条马氏体+少量残余奥氏体+细小碳化物组成。熔合线的右侧是母材,该区域的组织由未发生相变的铁素体+部分相变的铁素体+珠光体组成。熔合区,融合情况良好,无融合不良、裂纹等焊接缺陷,组织为混合组织,堆焊层、熔合区、母材各区有明显的颜色差异[9-10]。用能谱仪(EDS)测量试样上各区的化学成分,如图2所示。从图2可以看出,从堆焊层到母材的区域,Cr元素含量逐渐下降,C元素含量上升,而Si、Mn元素含量则变化不大。

  

图2 试样测试位置及其元素成分的变化

[1] 王 娟.表面堆焊与热喷涂技术[M].化学工业出版社.2004:10-20.

2.2 堆焊接头硬度分布

对试样进行维氏硬度测试,去掉一个最高硬度和一个最低硬度,得到的硬度分布如图3所示。从图3可以看出,堆焊层的硬度在425 HV0.2~480 HV0.2之间,这一区域硬度最高;熔合区相比堆焊层硬度陡减,硬度平均值在300 HV0.2上下,且趋于一条平缓的直线;母材的硬度最低,硬度平均值为200 HV0.2,母材硬度明显低于堆焊层。

  

图3 试样横截面显微硬度分布

3 结 语

[3] 邓伟.交流埋弧焊轧辊堆焊工艺及设备的研究[D].济南:山东大学,2015:20-40.

管理的任务是提升企业的复制能力和变革能力,管理的核心是要管理这些要素,同时也要让这些要素根据变化去调整和积累。那么管理的最有效的手段是什么?管理的基本工具和方法是什么?

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(3)靠近焊缝边界(熔合区)的Cr、C、Si、Mn元素含量具有浓度梯度陡变的特征,试样横截面的硬度分布随着堆焊过程中化学成分的不同而逐渐变化。

参考文献

总之,在新形势下,高校毕业生就业是一项内容十分广泛的系统工程。需要来自个人、学校、家庭、社会的共同努力。高校辅导员作为高校就业体系的中坚力量,更要充分认识到自身在高职院校毕业生中的重要作用,根据学生的特点,高度关注就业工作,不断探索就业工作的规律和科学方法,给毕业生提供有效的就业指导。

根据熔合区附近元素成分检测结果可以看出:越远离堆焊层,Cr元素含量越少且分布不均匀,且在熔合线上的Cr元素的分布不均匀。稀释率是影响堆焊层成分和性能的重要参数[11] 。在焊接过程中,由于埋弧焊的稀释率高、熔合比大,使堆焊金属中的Cr、C元素稀释较大,在堆焊最里层时,稀释率最高,焊材和母材的Cr、C、Si、Mn元素混合不均匀,越往外层堆焊,稀释率越小,堆焊金属越不受母材的影响;焊缝中间Cr的元素向珠光体母材一侧扩散,以及邻近熔合区的母材中碳原子由于受Cr的亲合作用而存在“碳迁移”现象,靠近焊缝边界(熔合区)的成分具有浓度梯度陡变的特征,堆焊层和母材的化学成分有明显差异。

[2] 浦仕东,李洪德,高兴辉.型材BD轧辊堆焊修复工艺的实践及运用[J].中国建材科技.2017,26(4):103-106.

(1)采用自动埋弧焊工艺在Q235钢轧辊表面堆焊50Cr13合金,基体Q235钢组织为未发生相变的铁素体+部分相变的铁素体+珠光体组成,硬度大约为180 HV0.2~220 HV0.2;堆焊层组织为细小的板条马氏体+少量残余奥氏体+细小碳化物组成,硬度为425 HV0.2~480 HV0.2,堆焊层硬度高于基体。焊层成型美观、致密无缺陷,使用情况良好。

[6] 唐景富.堆焊技术及实例[M].机械工业出版社,2010:30-35.

采用扫描电子显微镜(SEM)拍摄试样显微组织照片,试样纵截面的显微组织如图1所示。

[4] Cheng Gang Ding,Xiao Xia Meng.Study on Microstructure and Performance of Bead-on-Plate Weld Metal on 21CrMoV5.11 Steel Continuous Casting Roll by Submerged-Arc Overlaying[J].Advanced Materials Research.2011:1647-1650.

紫苏是药食同源的经济价值较高的作物,紫苏油富含ω-3脂肪酸,高达69.0%,具有降三高、提高记忆力等作用,紫苏叶及茎秆同时具有较好的药用功能。贵州省科技特派员余顺波高级农艺师、陈大伦研究员、沈奇博士等总结介绍:紫苏在贵州山区种植,具有耐贫瘠,易于轻简化直播栽培,劳动力投入少,肥料化肥投入少,经济价值较高,易于山区农村中老年农户种植增收。

[7] R. B czkowski.Defects Appearing in the Surfacing Layers of Abrasion Resistant[J].Archives of Foundry Engineering.2016:23-28.

[8] 周美容,沈言锦,陈学永.堆焊层数对埋弧焊WC增强堆焊层组织与性能的影响[J].热加工工艺.2015,44(21):187-189.

[9] 刘阳,刘爱国.Q235钢表面CMT堆焊310不锈钢的组织与性能[J].焊接,2017(1):64-67.

[10] 潘强,刘尔玺,冯淳元,等.Q235钢板表面堆焊不锈钢改性处理[J].焊管,2017,40(4):22-26.

[11] 冯国昌.堆焊稀释率的影响因素和控制措施[J].焊接技术,1996(1):22-23.

 
官发根,雷声,张有德,吴鹏,马世豪,汪日光
《洛阳理工学院学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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