冷焊态高碳合金钢型熔敷金属无孪晶强化及增韧

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迄今为止,高碳合金钢材料的焊接理论仍未完善。 随着全球工业产值的飞速增长,作为工具、模具材料,高碳合金钢(碳当量1.5%~2.5%,硬度HRC55~65)用量空前扩大。而工具的昂贵价格和高附加值,迫切地提出用焊接的方法延长其使用寿命的一系列研究课题。 高碳合金钢母材的焊接主要是满足工具恢复尺寸、修复再生、预制强化层等工程要求。目前,最普遍采用的是C-Cr-W-Mo系高碳合金钢型熔敷金属。为了保证抗裂性,采用350~500℃高温预热焊或焊后热处理等工艺措施作为补救方法。美国MG公司的MG700和国产D317A堆焊焊条的成分及其对热焊的附加工艺要求基本代表了国内外当前的这一现状。 在理论或学术研究领域,作为高碳C-Cr-W-Mo系熔敷金属基本强化相的孪晶马氏体成为国内外研究的主题内容,在韧性研究方面,则把残余奥氏体(A_r)视为韧化相。孪晶马氏体的固溶强化使熔敷金属的硬度高、脆性大,A_r的增韧作用有很大局限性。由于对高碳合金钢焊接的一系列研究多处于不定论、不成熟阶段,致使目前教科书、工具书上相关内容仍为空白。 经大量试验及筛选,本文选定高碳的C-Nb-Ti-V为本文研究的基本合金系,这一新合金系在熔敷金属的强化方式、碳的分配与控制、显微组织的可控性等诸方面均有利于创新性试验和分析。 以药皮焊条为载体过渡合金元素,以便能够便捷地调配大量的试验方案。以电弧冷焊为基本手段制备试样。采用SEM、TEM、EPMA、X射线衍射等分析方法对C-Ti、C-Nb、C-V、C-Ti-V、C-Nb-Ti-V系的熔敷金属进行了研究。主要研究内容如下: (1)碳化物形成热力学计算 对合金元素的活度相互作用系数进行处理,编制了计算机Visual Basic程序,利用高温热力学参数对碳化物标准摩尔生成自由能及多元合金Fe基熔体中碳化物生成条件进行了计算。 ZrC、TiC、NbC在温度达3000K以上时仍可由纯金属与石墨反应生成,其中ZrC形成倾向最大;VC在2200-3000K温度范围内也满足热力学条件,但热力学驱动力较小。 在Fe基熔体中,TiC、NbC比ZrC更易于由液态金属中析出,Nb、Ti在
摘要第8-11页
ABSTRACT第11页
本文主要创新点第15-16页
符号说明第16-17页
第1章 绪论第17-24页
    1.1 选题背景及意义第17-18页
    1.2 高碳合金钢型熔敷金属研究现状第18-21页
        1.2.1 高碳合金钢母材及其对熔敷金属的要求第18-19页
        1.2.2 熔敷金属强化机制研究第19-20页
        1.2.3 熔敷金属韧性改善研究第20-21页
    1.3 对熔敷金属强韧化现状的基本认识第21-22页
    1.4 本文研究方向及内容第22-24页
第2章 碳化物形成热力学第24-40页
    2.1 引言第24页
    2.2 热力学基础第24-26页
    2.3 碳化物形成热力学计算模型第26-30页
        2.3.1 标准生成自由能第26-27页
        2.3.2 熔体中生成自由能第27-28页
        2.3.3 活度的相互作用系数第28-30页
        2.3.4 原始数据选择第30页
    2.4 热力学计算程序设计第30-39页
        2.4.1 程序功能第31页
        2.4.2 程序界面及结构第31-34页
        2.4.3 计算结果及分析第34-39页
    2.5 本章小结第39-40页
第3章 试验材料及方法第40-49页
    3.1 熔敷金属设计第40-44页
    3.2 熔敷金属试样制备条件第44-46页
    3.3 熔敷金属成分及相组成分析第46页
        3.3.1 熔敷金属成分及合金元素分布第46页
        3.3.2 熔敷金属物相鉴定第46页
    3.4 第二相分析第46-47页
        3.4.1 熔敷金属中第二相分布形态第46页
        3.4.2 熔敷金属中第二相 TEM精细结构分析第46页
        3.4.3 第二相的电解萃取第46-47页
        3.4.4 熔渣分析第47页
        3.4.5 熔滴成分及结构分析第47页
    3.5 熔敷金属基体组织及碳化物-基体界面分析第47-48页
    3.6 熔敷金属力学性能验证第48-49页
        3.6.1 无缺口冲击韧性及断口分析第48页
        3.6.2 耐磨性试验及磨损面分析第48-49页
第4章 第二相强化及基体贫碳理论第49-101页
    4.1 引言第49页
    4.2 熔敷金属的成分及其对硬度的影响第49-54页
        4.2.1 合金元素的过渡第49-54页
        4.2.2 合金元素对硬度的影响第54页
    4.3 熔敷金属的相组成第54-57页
    4.4 熔敷金属中第二相形态及分布第57-65页
        4.4.1 光学金相第57-59页
        4.4.2 SEM形貌第59-64页
        4.4.3 分析讨论第64-65页
    4.5 熔敷金属中合金元素的分配规律第65-71页
        4.5.1 合金元素分布的 EDS分析第65-71页
        4.5.2 基体贫碳理论分析第71页
    4.6 第二相的TEM形貌及精细结构第71-85页
        4.6.1 TEM分析结果第71-84页
        4.6.2 第二相形态结构特点第84-85页
    4.7 第二相形成机制第85-99页
        4.7.1 碳化物的电弧原位生成第85-86页
        4.7.2 熔滴中合金元素的传质及反应第86-97页
        4.7.4 第二相形成机制探讨第97-99页
    4.8 第二相强化理论第99-100页
    4.9 本章小结第100-101页
第5章 熔敷金属基体组织及C/S界面第101-112页
    5.1 引言第101-102页
    5.2 熔敷金属的基体组织第102-108页
        5.2.1 组织形貌第102-103页
        5.2.2 基体组织 TEM精细结构第103-106页
        5.2.3 基体组织的控制第106-108页
    5.3 C-S界面结构第108-111页
        5.3.1 界面研究第108-110页
        5.3.2 界面形成机制分析第110-111页
    5.4 本章小结第111-112页
第6章 熔敷金属力学性能验证第112-121页
    6.1 引言第112页
    6.2 冲击韧性及断口分析第112-116页
        6.2.1 冲击韧性第112页
        6.2.2 断口分析第112-115页
        6.2.3 焊态增韧机制分析第115-116页
    6.3 熔敷金属的耐磨性第116-120页
        6.3.1 耐磨性试验结果第116页
        6.3.2 磨损面形貌分析第116-118页
        6.3.3 磨损机制探讨第118-120页
    6.4 本章小结第120-121页
第7章 结论第121-123页
附录第123-127页
参考文献第127-135页
致谢第135-136页
攻读博士学位期间发表的论文第136-137页
学位论文评阅及答辩情况表第137页
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