低碳鋼表面堆焊涂層的耐磨損性能研究

陳光+馬威+眭文杰+秦文海

摘 要：文章采用堆焊技術在Q235低碳鋼表面分別堆焊Fe450、WC、Fe450和WC各50%合金粉末復合涂層，研究在相同焊接工藝參數下不同粉材合金堆焊層的耐磨損性能。結果表明在相同堆焊參數下，Fe450合金等離子堆焊層的耐磨損性能最低，WC合金等離子堆焊層的耐磨性能最高，Fe450與WC各占50%的合金等離子堆焊層的耐磨性能在它們兩者之間。同時可得出表面堆焊技術可以充分發揮材料的性能優勢，增強基體的耐磨損性能，達到節約用材和延長零部件使用壽命的目的。

關鍵詞：堆焊；合金粉末；耐磨損

1 概述

由于低碳鋼具有良好的機械性能，能夠應用于各個行業的許多方面，因此，如何延長低碳鋼工件的使用壽命，降低磨損對低碳鋼的應用有很大的影響，低碳鋼表面堆焊就是其中的一種方法。

2 實驗材料和方法

在本次實驗中以低碳鋼型鐵基合金粉末為基礎，選擇了DG.Fe450高鉻鑄鐵型金屬粉末材料。同時選擇碳化鎢金屬粉末材料DG.WC-Co10Cr4，Fe450和碳化鎢各50%的混合合金粉末與其對比，比較分析在相同工藝參數下，不同材料的耐磨性。

此次研究采用GAP 2001 DC堆焊設備，用GAP 2001 DC型整流器式直流弧焊機作為堆焊電源，堆焊鐵基自熔合金粉末（Fe45）、鎢基包覆粉（WC-Co10Cr4）、以及這兩種粉末各50%的粉末合金在Q235低碳鋼的表面。實驗前，應該對金屬粉末材料做一些必要的處理，比如烘干基材表面，所謂烘干的處理就是采用烘箱把金屬粉末材料在高溫下保持一段時間，蒸發其中的水分，從而保證了噴焊實驗的質量。

采用SKODA快速磨損試驗機對噴焊層進行磨損實驗，SKODA快速磨損試驗機主要對各種金屬材料、鋼經表面處理粉末冶金進行對比試驗。該機系光滑磨損試驗固定磨輪，對試樣的要求不高，因此，能滿足各種試驗。磨損實驗在室溫下進行，磨損接觸表面采用200#、600#、800#、1200#砂紙打磨，實驗載荷為5KG，轉速為675rpm，轉數為1000轉。每個試件進行多次磨損實驗，取質量損失的平均數值。

3 實驗結果分析

圖1（a）為Fe450合金等離子堆焊層磨損位置的微觀圖，可以看出，此堆焊層經磨損后的劃痕明顯，圖（b）和（c）分別是50%和WC合金等離子堆焊層磨損位置的微觀圖，它們的磨損劃痕與Fe450相比不是非常明顯，由此可以證明在相同堆焊參數下，Fe450合金等離子堆焊層的耐磨損性能最低，WC合金等離子堆焊層的耐磨性能最高，Fe450與WC各占50%的合金等離子堆焊層的耐磨性能在它們兩者之間。

圖2為三種粉材合金等離子噴焊層在同一參數下的磨損量，可以看出，Fe450堆焊層的磨損量遠遠高于WC和混有50%WC的Fe450的磨損量，達到了26mm2。而WC堆焊層的磨損量最小，不到10mm2。其次是Fe450和WC各50%的合金堆焊層。

由此結果可以得出，WC堆焊層的耐磨性能最好，Fe450合金堆焊層的耐磨性最差。它們的合金粉末堆焊層的耐磨性處于中間水平。其原因是WC粉末顆粒具有很高的硬度，WC顆粒對堆焊層顯微組織起著彌散強化、固溶強化、晶界強化作用，所以噴焊層的耐磨性非常高。同時在一定程度上材料的耐磨性能和硬度呈正比例增長，所以耐磨性差別的產生原因可以由三種不同的粉材合金等離子堆焊層的硬度分析來說明。

4 結束語

（1）在相同的堆焊工藝參數下，WC粉末合金堆焊層的耐磨性最高，磨損量只有不到10mm2；Fe450合金堆焊層的耐磨性最低，磨損量達到了26mm2；Fe450和WC各50%合金堆焊層的耐磨性在它們兩者之間。

（2）在工件表面堆焊合金粉末可以明顯提高工件的一些特定性能。