第15卷 第4期
热输入对金属基复合涂层中(Nb,Ti)C 颗粒分布及性能的影响
摘要：目的 热输入对复合碳化物的析出、分布及耐磨性能具有重要影响。然而，目前热输入对碳化物增强金属基复合堆焊层组织结构与性能方面影响的研究较少。因此，需要探究焊接热输入对(Nb,Ti)C 增强金属基复合堆焊层组织及耐磨性的影响，明确(Nb,Ti)C 复合颗粒在堆焊层的作用机制。方法 采用 Ar 保护气体进行堆焊涂层的制备，通过调节堆焊电流和电压，研究不同热输入下堆焊层的形貌、组织及耐磨性能。结果 堆焊层中 Ti 元素与 C 元素优先发生了原位反应，生成了以 TiC 为形核中心的(Nb,Ti)C 复合碳化物，弥散分布在马氏体基体组织上。随着热输入的增大，析出的(Nb,Ti)C 颗粒数量逐渐减少，块状(Nb,Ti)C 尺寸也逐渐变小。采用较低的热输入时，堆焊层硬度达到最高，为 734.88HV0.5；随着堆焊热输入的增大，堆焊层的显微硬度呈降低趋势。具有较多(Nb,Ti)C 的低热输入试样耐磨性能最佳，磨损量为 0.80 mg；而具有较少(Nb,Ti)C 的高热输入试样产生了严重的黏着磨损，磨损量较低热输入试样增大了约 144%。结论 在摩擦磨损过程中，高硬度的(Nb,Ti)C 颗粒会对基体起保护作用，可以提升其耐磨性能，且耐磨损性能随着堆焊热输入的增大而 降低。
图1 堆焊层试样截面形貌
图4 不同热输入堆焊层金相组织
图5 不同热输入堆焊层 SEM 图
图9 不同热输入堆焊试样摩擦因数随时间变化曲线
图10 不同热输入堆焊试样磨损量
图11 不同热输入堆焊试样磨损形貌
总结：
1）在堆焊过程中，通过原位反应生成了以 TiC 为中心的(Nb,Ti)C 复合碳化物，并弥散分布在马氏体基体组织上。热输入会对碳化物的尺寸及数量产生重要影响。随着堆焊热输入的增大，析出的(Nb,Ti)C 颗粒数目逐渐减少，块状(Nb,Ti)C 尺寸也逐渐变小。
2）采用较低的热输入时（H1），堆焊层硬度达到最高，为 734.88HV0.5；随着堆焊热输入的增大，堆焊层显微硬度呈降低趋势，试样 H3 的硬度达到最低值 663.92HV0.5，仅为 H1 的 90.3%。
3）在摩擦磨损过程中，高硬度的(Nb,Ti)C 颗粒会对基体起保护作用，能有效阻止磨损路径，降低对基体的磨损。因此，具有较多(Nb,Ti)C 的试样 H1 耐磨性能最佳，磨损量为 0.80 mg；而具有较少(Nb,Ti)C 的试样 H3 产生了严重的黏着磨损，磨损量较 H1 增加 了约 144%。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.024
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
潘琳琳，曾邦兴，易江龙，邹晓东，郭春富，彭琳等.热输入对金属基复合涂层中(Nb,Ti)C 颗粒分布及性能的影响[J]. 精密成形工程, 2023, 15(4): 228-236.
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