Mo元素對FeCrVMoC合金堆焊層熱穩定性的影響分析

滕誠信 許驥 晉家兵

摘要：為了提高低碳鋼表面熱穩定性能，配制不同質量分數Mo元素的FeCrVMoC系鐵基合金粉末，粘結烘干后制成粉末薄片，在Q235B材料表面以氬弧為熱源進行堆焊。對堆焊合金試樣進熱處理后進行硬度分析以及氧化增量分析，研究Mo元素如何影響堆焊合金的紅硬性、抗氧化性。試驗結果表明，FeCrVMoC合金中，Mo元素的加入能明顯提高堆焊合金層表面的硬度及紅硬性，隨著Mo含量的增加，其氧化增重量降低，抗氧化性能提高，當Mo含量為2.00%時，硬度達到63.9HRC，熱處理后硬度能夠達到60.25HRC，熱穩定性最好。

關鍵詞：堆焊層;硬度;熱穩定性;抗氧化性

0.引言

堆焊技術是在基材表面形成具有冶金結合的熔覆層，可以根據性能要求選擇或設計堆焊合金組合，使材料或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射等性能，在工藝上有很大的靈活性。而堆焊層的尺寸和形狀、基體的化學成分、合金元素對基體性能的影響、表面的焊接缺陷、成本等方面是堆焊技術的主要影響因素。鋼的熱穩定性是指鋼在高溫下抗氧化或抗高溫介質腐蝕的能力。為了提高材料的抗氧化性，加入一些合金元素在材料表面形成氧化膜，提高材料的熱穩定性。研究發現，Mo元素在堆焊金屬中能提高淬透性，產生固溶強化和抑制回火脆性，并與C元素形成Mo2C，增強二次硬化效應。隨Mo質量分數的增加，使得C的擴散系數降低，同時，Mo能降低碳化物形成元素的擴散能力，阻礙碳化物的形成，推遲碳化物的析出過程[1，2]。本文利用Cr- Fe、V-Fe、Mo-Fe、石墨等粉末合金配置FeCrVMoC系鐵基合金粉末，在Q235B碳鋼表面堆焊，分析合金元素對熔覆層的影響，并研究高溫下熔敷層的熱穩定性，以研究不同質量分數的Mo元素對于合金熔覆層的紅硬性以及抗氧化性的影響。

1試驗

1.1 試驗材料

試驗所用的材料是Q235B鋼板屬于碳素結構鋼，其化學成分見表1。

本次試驗所用的堆焊材料為Cr-Fe合金粉末、Mo-Fe合金粉末、V-Fe合金粉末、石墨和還原性鐵粉。Cr- Fe、Mo-Fe、V-Fe合金粉末的成分如表2所示。

依照試驗方案稱取不同重量的Cr-Fe、Mo-Fe、V-Fe合金粉末、石墨以及還原性鐵粉，并加入少量水玻璃將其混合均勻。將混合后的合金粉末平鋪，壓成合金粉末薄片，取出薄片放在通風的地方陰干12～14小時，最后放入烘箱里在200℃條件下保溫1.5h。將烘干好的薄片放在基體鋼板Q235B上采用鎢極氬弧焊進行堆焊，焊接工藝參數見表3。

1.2熱穩定性試驗

熔敷層制得后，用線切割機切割成尺寸為30mm×20mm的試樣。切割時要避開起弧和收弧的地方，兩側各去2cm，取中間作為試樣。

試驗采用電阻爐，對試樣加熱2小時、4小時、6小時、10小時，每次加熱前對試樣表面進行打磨并用酒精沖洗，吹干，放于坩堝內，稱重，電子天平感量為10-4g。放入電阻爐中，升溫至600℃后開始計時，到達規定時間關閉電阻爐，冷卻至室溫后稱重。通過高溫氧化試驗，繪制氧化增量曲線，并對曲線進行分析，得出高溫抗氧化性能的差異[3]。

利用HR-150硬度計對熔敷層進行洛氏硬度測試，每個試樣測定六個點，取平均值，試驗采用金剛石壓頭，載荷為150kg，加載時間為5s，恢復時間為3s。其中測定點之間的距離為4mm，邊緣點距試樣邊緣的距離為5mm。

2.FeCrVMoC合金熱穩定性分析

由表4可以看出，當合金加入Mo元素后，硬度值明顯增高，且都大于63HRC，但隨著退火時間的增加，FeCrVMoC合金表面硬度逐漸降低。根據表5可知，Mo元素含量達到2.00%時，其退火前的硬度最高，隨著退火時間的增加，其硬度逐漸降低，但仍能達到60.25HRC。說明隨著Mo含量的增加，合金的紅硬性增強，同時由于Mo主要是以二次相的形式析出，起到了彌散強化的作用[4]，其紅硬性提高。

從表6中我們可知，加入Mo元素后，FeCrVMoC合金在熱處理后氧化增重率降低，氧化增重量也逐漸降低。隨著Mo含量的增加，其氧化增重量降低，增重率變化平緩，當Mo元素含量達到2.00%時，其氧化增重量保持較低的水平，氧化增重率變化隨著退火時間的增加而逐漸降低，說明Mo元素的加入，能使FeCrVMoC合金擁有較高的抗氧化性能。

3.結論

（1）堆焊合金可以提高Q235B的表面硬度以及抗氧化性，加入不同配比的合金系對合金的改善狀況不同。

（2）在FeCrVMoC合金中，Mo元素的加入能明顯提高合金堆焊層表面的硬度及紅硬性，當Mo含量為2.00%時，表面硬度達到63.9HRC，熱處理后表面硬度為60.25HRC。

（3）Mo元素能提高FeCrVMoC合金表面的抗氧化性能，隨著Mo含量的增加，其氧化增重量降低。

參考文獻

[1]孔君華，鄭琳.鉬在高鋼級管線鋼中的作用研究[J].鋼鐵，2005，40（1）：66-68.

[2]童明偉、袁澤喜.鉬、鈮含量對耐火結構鋼組織與性能的影響.機械工程材料.2010.7.59

[3]王麗芳、滿達虎、孫國棟.FeAl合金堆焊層高溫氧化機理.熱加工工藝.2007（36）.12

[4]甄翠娜、孫浩、陳雨來、白彥.Nb、Mo含量對高鋼級管線鋼組織性能的影響.材料熱處理.2010（39）47