畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-高鉻鑄鐵高頻堆焊工藝及性能的研究.doc

i鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：高鉻鑄鐵高頻堆焊工藝及性能的研究ResearchonPropertyofHighChromiumCastIronProducedwithHigh-frequencyCompounding指導(dǎo)教師：XXX職稱(chēng)：教授學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專(zhuān)業(yè)：材料成型及控制工程院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院完成時(shí)間：2008年5月30日ii摘要在機(jī)械零件磨損中，磨料磨損占了很大比重。采用高頻感應(yīng)堆焊工藝在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼母材上堆焊一層23mm厚的高鉻鑄鐵耐磨層，可以同時(shí)具備兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，滿足零件對(duì)韌性和耐磨性的要求。本文主要對(duì)亞共晶、共晶、過(guò)共晶高鉻鑄鐵組織進(jìn)行金相分析，并測(cè)量堆焊層的硬度，研究分析了不同的高鉻鑄鐵組織與耐磨性的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)得出，與亞共晶、共晶組織的高鉻鑄鐵相比，過(guò)共晶高鉻鑄鐵具有更好的抗磨料磨損性能。關(guān)鍵詞：高頻堆焊；高鉻鑄鐵；耐磨iiAbstractInthemechanicalpartswearing,Abrasionhasbeenalargeproportion.Wearing-resistinglayofhighchromiumcastironwascompoundedonthelowcarbonsteelplatewithHigh-frequencycompoundingmethods.Atthesametimethatcanhavetheadvantageoftwomaterials,meettherequirementsoftoughnessandWearabilityofparts.Thisarticleprocessmetallographicanalysisofthehighchromiumcastironwithdifferentcomposition,andmeasurethehardnessofsurfacing,analysistherelationsbetweendifferentcompositionofhighchromiumcastironandWearability.TheresultsshowthattheHyper-ectectichighchromiumcastironhaveExcellentWearabilitycomparewiththehypoeutecticandEutectichighchromiumcastiron.Keywords:High-frequencycompounding；highchromiumcastiron；wear-resistI目錄摘要.iAbstract.ii1概述.11.1研究的目的及意義.11.2各種堆焊方法的比較.11.2.1手工電弧堆焊.21.2.2氧-乙炔焰堆焊.21.2.3自動(dòng)埋弧堆焊.21.2.4氣體保護(hù)電弧堆焊.31.2.5等離子弧堆焊.31.2.6高頻感應(yīng)堆焊.41.3堆焊的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景.41.4研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容.52實(shí)驗(yàn)過(guò)程.72.1實(shí)驗(yàn)材料的選取.72.1.1實(shí)驗(yàn)材料的選取依據(jù).72.1.2母材的選取.72.1.3高鉻鑄鐵成分的選取.72.1.4焊劑的選用.82.2試驗(yàn)?zāi)康?、方法及步驟.92.2.1試驗(yàn)?zāi)康募胺椒?92.2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料.92.2.3實(shí)驗(yàn)步驟.93.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論.113.1母材組織分析.113.2復(fù)合層化學(xué)成分和硬度關(guān)系的分析.124結(jié)論.17參考文獻(xiàn).18附件1.18附件2.20附件3.21附件4.22附件5.23外文翻譯.24外文原文.36II致謝.4311概述1.1研究的目的及意義目前,機(jī)械零件大多數(shù)是用金屬材料制造的,在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生磨損.隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,機(jī)械零件經(jīng)常在異常復(fù)雜和苛刻的條件下工作,大量的機(jī)械零件往往因磨損,腐蝕或磨蝕而報(bào)廢.這就要求在高溫高壓、承受較大載荷以及氧化、磨蝕等工作條件下的機(jī)械裝備表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫和抗氧化等性能。統(tǒng)計(jì)資料表明:在失效的機(jī)械零件中,大約有75%80%是屬于磨損。供給機(jī)器的能量大約30%50%消耗于摩擦和磨損過(guò)程中。僅對(duì)我國(guó)冶金、煤炭、電力、建筑材料、農(nóng)機(jī)等5個(gè)部門(mén)的不完全統(tǒng)計(jì),金屬件在與砂土、礦石、水泥相接觸過(guò)程中被磨損的鋼材量就在100萬(wàn)噸以上,再考慮因更換設(shè)備而降低的生產(chǎn)效率,1年所浪費(fèi)的資金估計(jì)可高達(dá)30億元。目前，由磨料磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失占全部磨損的50%以上。各種機(jī)械及零部件幾乎都存在磨料磨損。磨損可導(dǎo)致設(shè)備構(gòu)件的壽命下降，嚴(yán)重的，還會(huì)引起機(jī)械設(shè)備的事故，降低勞動(dòng)生產(chǎn)率，進(jìn)而造成社會(huì)資源的浪費(fèi)，限制了工業(yè)向現(xiàn)代化和自動(dòng)化的發(fā)展。因此，研究高性能的抗磨材料堆焊于機(jī)械及零部件表面，提高設(shè)備的使用壽命，對(duì)減少停機(jī)和維修，充分發(fā)揮材料性能節(jié)約用材，提高產(chǎn)量，增加效益，都有重大意義。另外，對(duì)于篩板、襯板、鄂板等這些采用高硬度材料制造的耐磨件，不僅生產(chǎn)成本高，而且脆性大，因而在強(qiáng)烈沖擊載荷條件下使用時(shí)受到限制。在礦山、水泥等工業(yè)領(lǐng)域中，有許多抵抗磨粒磨損的工件都采用高硬度的鉻系合金白口鑄鐵，然而其中部分易損件要求與設(shè)備的某些部位裝配一起，需要對(duì)其非工作面進(jìn)行機(jī)械加工，在這些情況下整體用高硬度材質(zhì)就難以滿足要求。還有一些易損件只要求特定的部位磨損到一定的尺寸后就失效報(bào)廢，整體采用高硬度的耐磨材料就顯得極不經(jīng)濟(jì)。所以，如果采用工作表面硬度高而非工作表面具有一定韌性或加工性能的雙金屬耐磨材料制造這類(lèi)易損件，則是既經(jīng)濟(jì)又安全合理的設(shè)計(jì)。而堆焊正是解決這些問(wèn)題提高機(jī)械零部件表面性能的一種重要方法5,12。1.2各種堆焊方法的比較堆焊是熔焊的一個(gè)分支是金屬晶內(nèi)結(jié)合的一種熔化焊接方法。因此凡是屬于熔焊的方法都可以用與堆焊。生產(chǎn)中采用的堆焊方法很多，有手工電弧堆焊、氧-乙炔焰堆焊、自動(dòng)埋弧堆焊、氣體保護(hù)堆焊、等離子弧堆焊、電渣堆焊、高頻感應(yīng)堆焊等。目前應(yīng)用最為廣泛的是手工電弧堆焊和氧-乙炔焰堆焊。21.2.1手工電弧堆焊手工電弧堆焊與一般手工電弧焊的特點(diǎn)基本相同，設(shè)備簡(jiǎn)單、使用可靠、操作方便靈活、成本低適宜于現(xiàn)場(chǎng)堆焊，可以在任何位置焊接，特別是能通過(guò)堆焊焊條獲得滿意的堆焊合金。因此手工電弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一。手工電弧堆焊的缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)條件差、稀釋率高。當(dāng)工藝參數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，易造成堆焊層合金的化學(xué)成分和性能波動(dòng)，同時(shí)不易獲得薄而均勻的堆焊層。手工電弧堆焊主要用于堆焊形狀不規(guī)則或機(jī)械化堆焊可達(dá)性能差的工件。由于手工電弧堆焊熔深較大，稀釋率較高，堆焊層硬度和耐磨性下降，所以一般需堆焊23層。但堆焊層數(shù)較多時(shí)，易導(dǎo)致開(kāi)裂和剝離，為此常對(duì)工件采取預(yù)熱和緩冷措施，預(yù)熱溫度由堆焊部位的剛性等因素確定。1.2.2氧-乙炔焰堆焊氧-乙炔火焰是一種多用途的堆焊熱源，火焰溫度較低（30503100），而且可以調(diào)整火焰能率，能獲得非常小的稀釋率（1%10%）。堆焊時(shí)熔深淺、母材熔化量少。獲得的堆焊層薄，表面平滑美觀、質(zhì)量良好。氧-乙炔焰堆焊所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，可以隨時(shí)移動(dòng)，操作工藝簡(jiǎn)單、靈活、成本低，所以得到較為廣泛的應(yīng)用，尤其是堆焊需要較少熱容量的中、小零件時(shí)，具有明顯的優(yōu)越性5。1.2.3自動(dòng)埋弧堆焊自動(dòng)埋弧堆焊是利用埋弧焊的方法在零件表面堆敷一層有特殊性能的金屬材料的工藝過(guò)程。其目的是為了增強(qiáng)材料表面的耐磨、耐腐蝕等性能。埋弧堆焊的實(shí)質(zhì)與一般埋弧焊接沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，自動(dòng)埋弧堆焊與一般的自動(dòng)埋弧焊大致相同，所采用的設(shè)備完全是自動(dòng)埋弧焊的設(shè)備。但為了增加熔敷率，降低母材稀釋率，二者之間也存在差別，即自動(dòng)埋弧堆焊希望在不降低生產(chǎn)率的條件下獲得最小的溶深。在自動(dòng)埋弧堆焊過(guò)程中，堆焊工件和焊絲在堆焊電弧的高溫作用下被局部和全部熔化。為了保護(hù)熔融金屬免受周?chē)諝獾挠绊?、保存堆焊電弧的熱量和防止金屬飛濺，一般采用細(xì)顆粒狀焊劑覆蓋在堆焊區(qū)上。堆焊電弧使顆粒狀焊劑部分熔化，維持堆焊電弧在熔融焊劑所形成的彈性外殼的空間中燃燒。這個(gè)彈性外殼可靠地將堆焊熔池隔絕于空氣。自動(dòng)埋弧堆焊比手工電弧堆焊能更有效地保護(hù)熔融金屬不受空氣影