1、目 錄 摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 引言11.2 研究背景2第2章 實(shí)驗(yàn)72.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹72.2焊接實(shí)驗(yàn)92.2.1 焊接試驗(yàn)方案92.2.2 低碳鋼的焊接性92.2.3 手工電弧堆焊102.2.4 實(shí)驗(yàn)步驟132.3 熱處理實(shí)驗(yàn)132.3.1熱處理方案132.3.2常規(guī)的熱處理簡(jiǎn)介142.3.3試樣的制備過程17第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析193.1第一組實(shí)驗(yàn)記錄及分析193.2 第二組實(shí)驗(yàn)記錄及分析203.3 第三組實(shí)驗(yàn)記錄及分析22結(jié)論26參考文獻(xiàn)27致謝2829低碳鋼表面超硬耐磨堆焊層硬度與焊接工藝關(guān)系 摘要：通過在低碳鋼表面堆焊超硬耐磨焊條D707，分析焊接工藝參數(shù)

2、及焊后熱處理工藝對(duì)低碳鋼表面堆焊層硬度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)過淬火后堆焊層硬度值無(wú)明顯變化；而退火后硬度值有所下降，退火后堆焊層組織細(xì)小均勻；在焊縫截面上進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，從母材到堆焊層表面硬度值越來(lái)越高，而壓痕越來(lái)越小。由于硬度是材料耐磨性能衡量指標(biāo)之一，從而間接說(shuō)明當(dāng)在低碳鋼表面堆焊超硬耐磨焊層時(shí)，可以提高低碳鋼表面的硬度，改善低碳鋼表面的耐磨性能。關(guān)鍵詞：低碳鋼；焊接工藝；熱處理工藝；組織；硬度Relations of low-carbon steel surface layerhardness of hardfacing and welding technics Abstract:

3、through super-hard wear-resistant surface electrode surfacing D707 in Low-carbon steel. We have analysis the effect of welding process parameters and post-weld heat treatment process on low carbon steel surface hardness of cladding layer. The experimental results show that: after quenching hardness

4、value no significant change; But after annealing the hardness value decreased and after annealing the crystal grain of the underlying tissues uniformization become tiny. micro-hardness testing is carried out in the weld cross-section, we have find out that from the base metal to the cladding layer t

5、he surface hardness values is getting higher and higher, while the indentation is getting smaller and smaller. Because hardness is a measure of wear resistance materials, thus it can indirectly show that when low-carbon steel surface electrode in the super-hard wear-resistant surfacing welding layer

6、, it can improve the surface hardness of low carbon steel and improve wear resistance of low carbon steel surface.Key words: low carbon steel; welding technology; heat treatment process; organizations; hardness第1章 緒 論1.1 引言焊接是通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)方法，使兩個(gè)分離的固體產(chǎn)生原子間的結(jié)合力，從而實(shí)現(xiàn)連接的一種方法。這種方法可用來(lái)連接金屬與金屬、非金屬與非金屬以及金屬與非金屬，但

7、主要用來(lái)連接金屬與金屬。作為一種金屬連接工藝，焊接已基本上取代了原來(lái)所用的鉚接工藝，許多傳統(tǒng)的鑄件、鍛件也已被焊件或鑄焊、鍛焊制品所代替。在大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，利用焊接加工的鋼材量已超過鋼材產(chǎn)量的一半。焊接已廣泛用于鍋爐與壓力容器制造、船舶制造、起重與運(yùn)輸設(shè)備制造、航空與航天工業(yè)、能源工業(yè)、石油化工工業(yè)、建筑工業(yè)、電子技術(shù)、海洋開發(fā)等工業(yè)部門中。如果沒有焊接，許多工業(yè)產(chǎn)品是無(wú)法生產(chǎn)的。與其他類似的材料加工工藝，如鑄造、鍛壓、鉚接相比，焊接具有如下特點(diǎn)：（1）焊接可以將不同類型、不同形狀的金屬連接起來(lái)。因此，通過焊接可使金屬結(jié)構(gòu)中材料的分布更合理。此外，焊接可直接將各個(gè)零部件連接起來(lái)，無(wú)需其他附加件

8、，接頭的強(qiáng)度一般也能達(dá)到與母材相同，因此，焊接產(chǎn)品的重量輕、成本低。（2）焊接接頭是通過原子間結(jié)合力實(shí)現(xiàn)的連接，整體性好、剛度大，在外力作用下不像機(jī)械連接（如鉚接、銷子連接等）那樣產(chǎn)生較大的變形。而且，焊接結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性、水密性，這是其他連接方法無(wú)法比擬的。（3）焊接加工一般不需要大型、貴重設(shè)備，因此，是一種投資少、見效快的加工方法。（4）焊接是一種“柔性”加工工藝，既適用于大批量生產(chǎn)，又適用于小批量生產(chǎn)。而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化時(shí)，無(wú)需對(duì)焊接設(shè)備做出重大的調(diào)整和變化。（5）利用焊接進(jìn)行加工時(shí)，可將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型構(gòu)件分解為許多小型零部件分別加工，然后再將這些零部件焊接起來(lái)，這樣就簡(jiǎn)化了金屬結(jié)構(gòu)的加

9、工工藝、縮短了加工周期。鋼材焊接性的發(fā)展：傳統(tǒng)合金結(jié)構(gòu)鋼是靠調(diào)整鋼中碳及合金元素的含量并配以適當(dāng)?shù)臒崽幚韥?lái)實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)越使用性能，用于制造不同應(yīng)用條件下的焊接結(jié)構(gòu)。但總的趨勢(shì)是隨著碳及合金元素的含量增加，強(qiáng)度提高，鋼的焊接性變差，不同種所出現(xiàn)的焊接性問題不一。在合金結(jié)構(gòu)鋼中，隨著碳及合金元素含量增多，勢(shì)必會(huì)引起接頭的脆化、軟化及裂紋傾向增大。這些焊接性問題的出現(xiàn)，往往會(huì)降低焊接結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的可靠性，造成焊接結(jié)構(gòu)的早期失效破壞。新發(fā)展的微合金控軋控冷鋼是通過精煉在保持低碳或超低碳、不加或少加合金元素的條件下采用微合金化和TMCP工藝實(shí)現(xiàn)細(xì)晶化、潔凈化、均勻化來(lái)提高鋼的強(qiáng)度和韌性，并已開始研究下一代

10、超細(xì)晶粒鋼。新鋼種的出現(xiàn)給鋼的焊接性帶來(lái)了重大的變革。值得重視的是新鋼種的焊接性得到了明顯改善，但也出現(xiàn)了一些新的焊接性問題，推動(dòng)著焊接工作者在焊接方法、工藝、材料等方面發(fā)展新技術(shù)，解決新問題，不斷推動(dòng)焊接技術(shù)的向前發(fā)展。低碳鋼屬于焊接性最好、最容易焊接的鋼種，所有焊接方法都適用于低碳鋼的焊接。在實(shí)際生產(chǎn)中很希望在低碳鋼表面得到超硬耐磨層，我們也知道近十余年來(lái)，我國(guó)耐磨件的生產(chǎn)和研究十分活躍，取得的進(jìn)展是有目共睹的。我國(guó)每年生產(chǎn)和消耗的耐磨件數(shù)基巨大，如果能使這些耐磨件基本上達(dá)到物盡其用的話，其效益將是十分顯著的。耐磨件的制造不僅可通過鑄造工藝來(lái)制造，也可通過堆焊工藝來(lái)制造，而對(duì)磨損過的耐磨件

11、采用堆焊工藝來(lái)再制造，可獲得比原鑄件更耐磨的性能，同時(shí)通過廢舊利用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟(jì)而快速的工藝方法，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門零件的制造修復(fù)中。為了最有效地發(fā)揮堆焊層的作用，希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優(yōu)良的堆焊層性能，即優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技術(shù)。本文就耐磨件堆焊制造及再制造中的幾個(gè)問題進(jìn)行探討。1.2 研究背景（1）堆焊和鑄造一樣都是耐磨件的制造方法堆焊是微觀化的鑄造:耐磨件的制造是以鑄造為主(從噸位來(lái)說(shuō))，堆焊件占的比重比較小。鑄造比堆焊發(fā)展得早，所以從堆焊誕生開始，就有了鑄造和焊接(堆焊)誰(shuí)代替誰(shuí)的問題。其實(shí)從原理上講，是

12、不能相互替代的。我們認(rèn)為，堆焊過程實(shí)際就是一個(gè)微觀的鑄造過程，如果鑄造可以看作是焊件尺寸以米為單位的大尺寸熔池，那么堆焊就是以毫米為單位的很小的熔池。為什么在工件制造過程中會(huì)有微觀鑄造的概念呢?這是因?yàn)閷?duì)于鑄造而言，隨著鑄件尺寸的不斷增大，其制造難度和熱處理難度也越來(lái)越高，若再要求耐磨件能夠由里到外具有均勻的耐磨性能，實(shí)現(xiàn)起來(lái)則非常困難。但堆焊過程可以解決這一難題，它將鑄造過程微觀化、微細(xì)化，把一個(gè)大的鑄造分解成無(wú)數(shù)小的鑄造，這樣，每個(gè)微觀熔池都可以很容易達(dá)到最終工件要求的強(qiáng)度、硬度、韌性等微觀指標(biāo)。所以，在耐磨件的堆焊過程中，鑄造和堆焊是相輔相成的，就比如鑄造是皮，耐磨層堆焊是毛，對(duì)耐磨件的

13、質(zhì)量而言，二者是“皮之不存，毛將焉附”的關(guān)系。如果要求一個(gè)工件整體具有很好的質(zhì)量，就要求其鑄造和堆焊的質(zhì)量都很高。耐磨件制造過程中鑄造和堆焊的選擇：對(duì)于一個(gè)耐磨件，如果其鑄件從成本、性能等方面能夠完全滿足使用要求，人們就不必考慮堆焊了。但目前，僅靠鑄造，耐磨件的壽命、質(zhì)量上無(wú)法達(dá)到所要求的指標(biāo)，這時(shí)就引進(jìn)了微觀鑄造，也就是用堆焊的方式來(lái)加強(qiáng)所要求部位的耐磨質(zhì)量或其他方面的質(zhì)量。（2）耐磨堆焊再制造方法的選擇堆焊方法有很多，如氣焊、手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧焊、明弧焊等。耐磨堆焊再制造就是用堆焊工藝將品質(zhì)合適的耐磨材料堆焊到基體表面，堆焊后細(xì)化的復(fù)合碳化物均勻分布在強(qiáng)化的基體內(nèi)，形成奧氏體基體

14、具有較好的抗拉強(qiáng)度，焊材與基材熔合性好，具有高應(yīng)力的磨耗性，外觀焊縫成型美觀，具備較好的抗沖擊性能，從而提升了耐磨件的使用壽命(比新品可提高15倍以上)。近年來(lái)采用的堆焊再制造方法主要有兩種，一是使用直徑為3.2mm5mm的藥芯焊絲在焊劑層下進(jìn)行自動(dòng)埋弧堆焊，另一種是使用直徑為1.2mm3.2mm自保護(hù)藥芯焊絲進(jìn)行明弧堆焊。埋弧焊是傳統(tǒng)的高效率的堆焊方式，現(xiàn)在很多地方還在沿用，而自保護(hù)明弧焊近兩年已經(jīng)發(fā)展起來(lái)了，實(shí)際上這兩種焊接方法各有利弊。在早期的磨輥、磨盤等大物件的堆焊過程中，曾經(jīng)采用埋弧焊。為何后來(lái)采用明弧自保護(hù)焊呢?這是因?yàn)榕c埋弧堆焊比較，明弧自保護(hù)焊有以下優(yōu)勢(shì)：從成本上說(shuō)，埋弧焊比較

15、費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，一般要34人，進(jìn)行添加焊劑、除焊劑、焊接操作等，并且焊前要對(duì)焊劑進(jìn)行烘干，焊接過程中要不斷添加焊劑，并需專人去除焊渣，因而堆焊過程人力、物力投入很大，且環(huán)境惡劣。相反，明弧自保護(hù)焊只要一個(gè)人就夠了，不僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化，減小了焊工手工操作時(shí)因長(zhǎng)期焊接引起的疲勞及堆焊質(zhì)量下降，且有人工操作不可及的高效率，因此能夠適應(yīng)高質(zhì)量、高效率的堆焊再制造要求。從耐磨性能上說(shuō)，埋弧焊因?yàn)橛泻竸⒑冈挠绊懀恍?qiáng)迫冷卻措施、溫控措施都很難加上去，因此無(wú)法對(duì)工件進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻以保持正常焊層間溫度，致使工件可焊性受到限制。而明弧自保護(hù)焊就比較容易實(shí)現(xiàn)溫控，從而使工件能獲得更好的耐磨性能。從整體對(duì)部件的

16、影響來(lái)說(shuō)，埋弧焊因溫控受限，鑄件的尺寸變形較大，而明弧自保護(hù)焊可以將變形控制到很小范圍內(nèi)，因此不易引起母材的變形開裂。原來(lái)有一個(gè)概念，一個(gè)鑄件或輥體的堆焊最多不超過三次，這是建立在埋弧堆焊的基礎(chǔ)上的，作為明弧自保護(hù)焊來(lái)說(shuō)，應(yīng)該說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止三次。那么這些方法該怎么選擇呢?我們認(rèn)為，應(yīng)從工件的最終性能要求來(lái)考慮，例如，煤磨、立磨的磨輥、磨盤這類工件，它們要求高耐磨、低抗沖擊性，工藝選擇要從碳化物的數(shù)量和形態(tài)上來(lái)考慮；而輥壓機(jī)擠壓輥這類產(chǎn)品則要求高抗沖擊、中低耐磨，工藝選擇要考慮碳當(dāng)量的概念，碳當(dāng)量決定耐磨件本身的強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性。簡(jiǎn)單地說(shuō)，輥壓機(jī)擠壓輥的堆焊要考慮預(yù)熱和保溫，要圍繞碳當(dāng)量做工藝，

17、原則上要采用熱焊，需要在一定的條件下進(jìn)行焊接，焊接、保溫溫度都比較高。而立磨、煤磨的磨輥、磨盤要求有足夠的耐磨性能，要考慮碳化物的形態(tài)，只考慮控制小的變形和快的冷卻速度，采用冷焊就可以了。因此埋弧焊更適合輥壓機(jī)的堆焊，明弧自保護(hù)焊更適合立磨、煤磨的磨輥、磨盤的堆焊。所以只有針對(duì)不同的工件和場(chǎng)合綜合考慮堆焊方式，才能兼顧不同的堆焊方法，得到所需要的性能。由于低碳鋼是所有鋼材中焊接性最好的，故幾乎可采用所有的焊接方法來(lái)進(jìn)行焊接，并都能保證焊接接頭的質(zhì)量良好。用得最多的焊接方法是手工電弧堆焊、埋伏自動(dòng)堆焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊等。其中二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊綜合成本最低，埋伏堆焊最高，手工電弧堆焊次之。

18、（3）影響堆焊層硬度的因素碳含量的影響：堆焊層焊態(tài)硬度隨碳含量增加的變化趨勢(shì)為：碳含量從0.5增加到1.0時(shí)，硬度上升；從1.0增加到2.0時(shí)，硬度下降。當(dāng)含碳量較低時(shí)，由于碳化物析出量很少、堆焊層硬度主要取決于馬氏體基體的硬度，而馬氏體的硬度主要取決于含碳量、馬氏體的硬度隨著含碳量的增加而增加，當(dāng)含碳量小于0.5時(shí)，馬氏體硬度隨含碳量的增高而急劇增高；當(dāng)含碳量增至0.7左右時(shí)，雖然馬氏體硬度有所增高，但是由于殘余奧氏體量增加，反而使鋼的硬度下降。當(dāng)碳含量從0.5增加到1.0時(shí)，碳化物的析出量逐漸增多，碳化物沿晶界由斷續(xù)網(wǎng)狀分布變?yōu)檫B續(xù)網(wǎng)狀分布，晶內(nèi)也存在大量彌散的碳化物，同時(shí)針狀馬氏體量增多

19、，馬氏體中碳濃度也在增大，故堆焊層硬度呈上升趨勢(shì)實(shí)際上還出現(xiàn)了少量的殘余奧氏體，但對(duì)硬度影響不大。隨著碳含量繼續(xù)增加，殘余奧氏體量逐漸增多，馬氏體量減少，從而使堆焊層硬度下降。時(shí)效溫度對(duì)堆焊層硬度的影響：碳含量分別為0.5 、0.7和1.0時(shí) ，時(shí)效溫度對(duì)堆焊層硬度的影響為，時(shí)效溫度小于或等于600時(shí)，硬度值基本不變，這是由于時(shí)效溫度較低時(shí)，碳原子遷移速度較幔，Cr、Mo、W、V等合金元素原子尚不能進(jìn)行擴(kuò)散，同時(shí)，Cr、Mo、W、V又都是碳化物形成元素，與碳的親和力強(qiáng)，使碳的擴(kuò)散速度更加減慢從而延緩了碳化物的析出和長(zhǎng)大，使馬氏體回火分解溫度提高，即馬氏體分解溫度向高溫推移，故硬度基本不變。當(dāng)時(shí)

20、效溫度大于600時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹎象w或回火索氏體等珠光體類型的組織，硬度明顯下降；碳含量為1.4時(shí)，時(shí)效溫度對(duì)堆焊層硬度的影響為，在600以下時(shí)效時(shí)，硬度逐漸提高，由于當(dāng)碳含量為1.4時(shí)焊態(tài)組織已存在一定量的殘余奧氏體，當(dāng)它在600以下時(shí)效時(shí)，殘余奧氏體中析出碳化物，使殘余奧氏體中碳和合金元素含量下降，致使Ms點(diǎn)上升，從而使殘余奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，即發(fā)生了“二次硬化”現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)效溫度大于600時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹎象w或回火索氏體等珠光體類型的組織，硬度明顯下降；從以上分析可知，碳含量不同時(shí)，時(shí)效溫度小于或等于600 ，CCrMoWV合金系堆焊層的硬度，要么保持不變，要么

21、升高，時(shí)效溫度大干600時(shí)，硬度均下降。藥皮成分對(duì)堆焊層硬度的影響：堆焊金屬耐磨性和硬度均隨E/B增大而顯著增大,是由于隨著E/B值增大,向堆焊金屬過渡的釩量增加，在加入藥皮的石墨百分含量足夠大情況下，釩量的增加，堆焊金屬中形成的堅(jiān)硬耐磨的釩的碳化物也隨之增加，從而使堆焊金屬硬度和耐磨性增大；DB (鎢粉量石墨量)值增大，堆焊層硬度增高(顯著性水平為005)，而耐磨性先隨之增高，達(dá)極大值后，又隨之下降，但這種變化幅度不大(顯著性水平為026)；HB (碳化鈦量石墨量)值增高，耐磨性亦隨之增高(顯著性水平為025)；AB(鉻粉量石墨量)值增大，堆焊金屬硬度隨之上升，達(dá)極大值后，又隨之下降，而耐磨

22、性略有下降趨勢(shì)，但影響不顯著(顯著性水平025)；CB (鉬鐵量石墨量)值增大，堆焊金屬硬度先隨之提高，達(dá)極大值后，又隨之下降,耐磨性也隨之下降，達(dá)極小值后,又隨之增大,但這種變化趨勢(shì)較平緩，不太顯著(顯著性水平均為025)； FB (中碳錳鐵石墨)值增大，堆焊金屬硬度顯著下降，耐磨性也隨之下降(顯著性水平為025)，這顯然由于錳是強(qiáng)奧氏體化元素，F(xiàn)B值增大，堆焊金屬中錳含量增多，使基本金屬中殘余奧氏體增多，馬氏體減少，從而導(dǎo)致硬度和耐磨性下降；G/B(大理石量石墨量)值增大，耐磨性隨之下降但不太顯著(顯著性水平為025)這可能是由于GB值增大，則大理石含量增加，必導(dǎo)致其他合金成分總量減少，且

23、電強(qiáng)氣氛的氧化性亦隨大理石增加而增強(qiáng)，使各種合金元素氧化損失增多，使合金總量更進(jìn)一步減少，從而使堆焊層耐磨性減小。堆焊方法對(duì)硬度的影響：在同一條件下，相同的厚度上，采用不同的堆焊方法獲得的硬度不一定相同；研究已經(jīng)得出用常用的工藝方法看，硬度(HRC）的一般順序?yàn)檠跻胰矚夂福∣AW）手工鎢極氬弧焊（GTAW）藥皮焊條手工焊(SMAW) 等離子粉末堆焊(PTA) 等離子弧送絲堆焊(FAW)。因?yàn)檠跻胰矚夂赣? ：1的碳化焰堆焊，使堆焊金屬的含碳量有所增加，而且母材的稀釋率也比較小。所以，堆焊層的硬度較高。然而，電弧焊在高溫下有燒損碳的現(xiàn)象，故有降碳的傾向。同時(shí)，焊接電弧對(duì)熔池的攪拌作用，加強(qiáng)了母材

24、對(duì)堆焊層的稀釋。所以，電弧焊堆焊層的硬度較低。故在生產(chǎn)條件允許的條件下，根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)、形狀和大小，盡可能地選用機(jī)械化程度比較高的PTA工藝。因?yàn)镻TA工藝的稀釋率較低、功效高、性能穩(wěn)定。稀釋率對(duì)硬度的影響：焊接接頭與堆焊層之間的最大不同點(diǎn)為稀釋率。它常常關(guān)系到堆焊層的性能。稀釋率（以百分比計(jì)）等于熔化的母材量（A）除以添加的堆焊金屬量和熔化的母材金屬之和（A+B）再乘以100%。由于大多數(shù)的堆焊采用的是電弧焊的方法進(jìn)行，所以，必須重視電弧焊的每個(gè)工藝參數(shù)對(duì)稀釋率的影響。影響堆焊稀釋率的工藝參數(shù)有：焊接電流、極性、焊絲（焊條）尺寸、焊絲的伸出長(zhǎng)度、堆焊焊道的節(jié)距、電極擺動(dòng)、焊接速度、堆焊位置和工

25、件的傾斜度、附加填充金屬。堆焊層厚度對(duì)硬度的影響：隨堆焊層厚度的增加，堆焊層的稀釋率相對(duì)降低。所以，堆焊層的厚度與硬度有著密切的關(guān)系。已有實(shí)驗(yàn)證明：堆焊層越厚，堆焊層合金越純，硬度層合金趨向符合標(biāo)準(zhǔn)值。所以，藥皮焊條手工電弧焊堆焊的厚度大于鎢極手工氬弧焊、粉末等離子氧乙炔堆焊的厚度。母材材質(zhì)對(duì)硬度的影響：母材中的C、Cr、Mo、Si和Mn等元素含量都會(huì)影響堆焊層的硬度。因?yàn)檫@些元素在堆焊過程中都會(huì)或多或少地稀釋到堆焊層中。例如Mo和Cr都有二次硬化作用。Mo還有熱硬性，Si和Mn均有硬化作用，可提高硬度。所以，母材的成分也是一個(gè)很大的因素。熔敷金屬中Ti、C、V元素含量對(duì)堆焊層硬度的影響：堆焊

26、層硬度隨著熔敷金屬中Ti、C、V元素含量的提高而增加。第2章 實(shí) 驗(yàn)實(shí)驗(yàn)主要分為兩部分：第一部分，選擇適當(dāng)?shù)暮附庸に噺亩鴮?shí)現(xiàn)低碳鋼表面超硬耐磨層；第二部分，在第一部分實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)焊接后的試樣分組進(jìn)行熱處理再測(cè)試硬度。2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備根據(jù)課題的需要，結(jié)合具體實(shí)際，綜合考慮實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件及設(shè)備，實(shí)驗(yàn)所涉及和采用的儀器或設(shè)備如下：（1）交流弧焊機(jī)：交流弧焊機(jī)實(shí)際上是一種具有一定特性的降壓變壓器。它把網(wǎng)路電壓(220v或380v)的交流電變成適合于電弧焊的低壓交流電。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、使用方便、維修容易、空載損耗小，但電弧穩(wěn)定性較差。圖2.l所示是一種目前較常用的交流弧焊機(jī)的外形，其型號(hào)為B

27、Xl400。型號(hào)中“B”表示弧焊變壓器，“X”表示下降外特性(電源輸出端電壓與輸出電流的關(guān)系稱為電源的外特性)，“400”表示弧焊機(jī)的額定焊接電流為400A；圖2.1 交流弧焊機(jī)（2）砂輪打磨機(jī)（型號(hào):3SL-250）：修整原始金屬試樣；（3）金相試樣預(yù)磨機(jī)（型號(hào)：M-2）：主要用于對(duì)試樣的原始試樣進(jìn)預(yù)磨，以便快速制備金相試樣，從而觀察其顯微組織；（4）金相試樣拋光機(jī)（型號(hào)：P-2）：用做制備金相試樣的最后一道工序，以便制出少劃痕、干凈的金相試樣；（5）數(shù)顯洛氏硬度計(jì)（型號(hào)：HRS-150）：用于測(cè)量原始試樣及熱處理后的硬度值；（6）4X型金相顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)圖2.2 金相顯微鏡（7）HXD1

28、000TMB視屏顯示自動(dòng)轉(zhuǎn)塔顯微硬度計(jì)：HXD1000TMB視屏顯示自動(dòng)轉(zhuǎn)塔顯微硬度計(jì)(以下簡(jiǎn)稱顯微硬度計(jì))是一種由精密機(jī)械、光學(xué)系統(tǒng)和專用微處理機(jī)-HMIS型多功能數(shù)據(jù)處理機(jī)(簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)處理機(jī))與CCD、監(jiān)視器組合而成的測(cè)定儀器。用途主要有二種：一種是單獨(dú)測(cè)定硬度，即用于測(cè)定比較光潔表面的細(xì)小或片狀的零件和試樣的硬度，測(cè)定電鍍層，氮化層，滲碳層和氰化層等零件的表層的硬度以及測(cè)定玻璃，瑪瑙等脆性材料和其他非金屬的硬度；二是作金相顯微鏡用，即用以觀察和拍攝材料的顯微組織，并測(cè)定其相組織的顯微硬度，供研究用。圖2.3 HXD1000TMB視屏顯示自動(dòng)轉(zhuǎn)塔顯微硬度計(jì)外形（8）箱形電阻爐（型號(hào)：SRJX

29、-3-9）：箱式電阻爐又稱馬弗爐，它是一種周期作業(yè)式加熱爐，可供實(shí)驗(yàn)室淬火、回火、正火、退火等熱處理加熱用。箱式電阻爐的構(gòu)造示意圖如圖所示。1加熱室；2電熱絲孔；3測(cè)溫孔；4接線盒5試樣；6控制開關(guān)；7擋鐵；8爐門；9隔熱層；10爐底板 圖2.4箱式電阻爐結(jié)構(gòu)示意圖（9）金相顯微鏡（500）+掃描裝置：觀察金相顯微組織，拍照保存特征相圖；2.2 焊接實(shí)驗(yàn)2.2.1焊接實(shí)驗(yàn)方案低碳鋼試樣準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備設(shè)置焊接工藝參數(shù)焊條的選擇堆焊過程分析討論焊接過程中遇到的問題并得出結(jié)論 圖2.5 第一部分焊接實(shí)驗(yàn)流程圖這部分實(shí)驗(yàn)主要控制好兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是根據(jù)低碳鋼的焊接性選擇適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)；二是為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)的

30、最終目的，在選擇堆焊焊條時(shí)要考慮各方面因素的影響。2.2.2低碳鋼的焊接性因低碳鋼含碳量低，錳、硅含量少，所以，通常情況下不會(huì)因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時(shí)，一般不需要預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個(gè)焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良。 但在少數(shù)情況下，焊接時(shí)也會(huì)出現(xiàn)困難：（1）采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時(shí)效敏感性增加，焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差。（2）沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，P等雜質(zhì)分布不均勻，局部地區(qū)含量會(huì)超標(biāo)，時(shí)效敏感性及冷脆性敏感性大，熱裂紋傾向也增大。（3）

31、采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某廠采用酸性焊條焊接Q235A鋼時(shí)，因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高，會(huì)引起焊縫產(chǎn)生熱裂紋。（4）某些焊接方法會(huì)降低低碳鋼焊接接頭的質(zhì)量。如：電渣焊，由于線能量大，會(huì)使焊接熱影響區(qū)的粗晶粒區(qū)晶粒長(zhǎng)得十分粗大，引起沖擊韌度的嚴(yán)重下降，焊后必須進(jìn)行細(xì)化晶粒的正火處理，以提高沖擊韌度。總之低碳鋼是屬于焊接性最好、最容易焊接的鋼種，所有焊接方法都適用于低碳鋼的焊接。綜合考慮各方面因素的影響，低碳鋼的焊接工藝可選擇：手工電弧焊，埋弧焊，氣體保護(hù)焊等方法。而本課題主要是針對(duì)在日常生產(chǎn)中常會(huì)用到的一些機(jī)械零部件，對(duì)它們的要求是具有強(qiáng)烈耐巖

32、石磨損的性能，如混泥土攪拌機(jī)葉片、推土機(jī)、挖泥機(jī)葉片、高速混砂箱等。這些零部件就需要芯部有很好的柔韌性而表面需要很強(qiáng)的耐磨損能力。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)這些耐磨件的制造不僅可通過鑄造工藝來(lái)制造，也可通過堆焊工藝來(lái)制造，而對(duì)磨損過的耐磨件采用堆焊工藝來(lái)再制造，可獲得比原鑄件更耐磨的性能，同時(shí)通過廢舊利用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。堆焊方法有很多，如氣焊、手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧焊、明弧焊等。耐磨堆焊再制造就是用堆焊工藝將品質(zhì)合適的耐磨材料堆焊到基體表面，堆焊后細(xì)化的復(fù)合碳化物均勻分布在強(qiáng)化的基體內(nèi)，形成的奧氏體基體具有較好的抗拉強(qiáng)度，焊材與基材熔合性好，具有高應(yīng)力的磨耗性，外觀焊縫成型美觀，具備較好的抗沖擊 能，

33、從而提升了耐磨件的使用壽命(比新品可提高15倍以上)。由于實(shí)驗(yàn)室條件的限制，只能選擇手工電弧堆焊工藝。2.2.3手工電弧堆焊手工電弧堆焊是目前應(yīng)用廣泛的堆焊方法。它使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)形狀不規(guī)則的工件表面及狹窄部位進(jìn)行堆焊的適應(yīng)性好，方便靈活。手工電弧堆焊技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用有一定的基礎(chǔ)，我國(guó)生產(chǎn)的堆焊焊條有較完整的產(chǎn)品系列，僅標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品就有近百個(gè)品種，還有很多專用及非標(biāo)準(zhǔn)的堆焊焊條產(chǎn)品。手工電弧堆焊在冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、石油化工、交通運(yùn)輸、模具及金屬構(gòu)件的制造和維修中得到了廣泛的應(yīng)用。（1）手工電弧堆焊的特點(diǎn)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

34、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)成分和性能發(fā)生波動(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)性差的工件。手工電弧堆焊焊條的藥皮主要有鈦鈣型、低氫型和石墨型三種。焊芯多以冷拔焊絲為主，也可用鑄芯或管芯。為了減少合金元素的燒損和提高堆焊合金的抗裂性能，一般多采用低氫型藥皮的堆焊焊條。手工電弧堆焊時(shí)，一般通過調(diào)節(jié)焊接電流、焊接電壓、焊接速度、運(yùn)條方式以及弧長(zhǎng)等工藝參數(shù)控制熔

35、深以達(dá)到降低稀釋率、保持電弧穩(wěn)定、使堆焊層質(zhì)量均勻的目的。低氫型藥皮焊條堆焊時(shí)推薦采用直流反接。因合金元素易燒損，弧長(zhǎng)不能太大。大面積堆焊時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整堆焊順序，以控制焊接變形。由于手工電弧堆焊熔深較大，稀釋率較高，堆焊層硬度與耐磨性下降，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。（2）手工電弧堆焊設(shè)備及工藝電弧堆焊設(shè)備的組成及技術(shù)參數(shù)：手工電弧堆焊設(shè)備是由焊接電源裝置和焊鉗組成的電焊機(jī)，此外還包括一些不同形狀工件堆焊時(shí)需要的輔助設(shè)備：弧焊電源、焊接電流、焊鉗、接地夾鉗、焊接電纜、面罩、防護(hù)服。手工電弧堆焊工藝

36、：手工電弧堆焊工藝主要包括焊前焊件表面是否需要進(jìn)行清理及清理程度；焊條在堆焊前的烘干及清理要求；堆焊工藝參數(shù)的選擇及必要的預(yù)熱、保溫和層間溫度的控制等。l 焊前準(zhǔn)備堆焊前工件表面進(jìn)行粗車加工，并根據(jù)圖紙要求預(yù)留加工余量，以保證堆焊層加工后有3mm以上的高度。嚴(yán)格清除表面的鐵銹、油污等，堆焊工件表面不得有氣孔、夾渣、包砂、裂紋等缺陷，如有上述缺陷須經(jīng)焊補(bǔ)清除、再粗車后方可堆焊。焊條使用前必須烘干，加熱溫度350400，保溫2h.l 焊條的選用根據(jù)對(duì)構(gòu)件的技術(shù)要求，如工作溫度、壓力等級(jí)、工作介質(zhì)以及對(duì)堆焊層的使用要求，選擇合適的堆焊焊條。手工堆焊焊條可按照焊條手冊(cè)進(jìn)行選擇。按堆焊焊條分類用于某一產(chǎn)

37、品零件的焊條，有時(shí)也可用于其他產(chǎn)品零件。例如D507為馬氏體高鉻鋼堆焊焊條，又稱閥門密封面焊條，除了用于中溫高壓閥門密封面的堆焊外，還可用于堆焊工作溫度在450以下的碳鋼或合金鋼軸類零件。有些焊條雖不屬于堆焊焊條，但有時(shí)也可用于堆焊，如碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條和銅合金焊條等。l 電源種類和極性目前，手工電弧堆焊所使用的電源與手弧焊電源相同。在焊條牌號(hào)確定之后，根據(jù)焊條藥皮的類型選擇電源種類與極性。如果堆焊一般結(jié)構(gòu)鋼工件，對(duì)堆焊層性能要求不高，并采用酸性堆焊焊條（D502、D512）時(shí)，應(yīng)選用弧焊變壓器；當(dāng)堆焊零件要求比較高，又要求采用堿性低氫型堆焊焊條（D517、D547）時(shí)，必須選

38、用弧焊整流器或直流弧焊發(fā)電機(jī)（如ZXG1-300、ZXG7-320、AX1-500等），且采用反極性接法，即焊條接正極、工件接負(fù)極。在條件允許的情況下，應(yīng)盡量選用直流電源。因?yàn)橹绷麟娫吹碾娀》€(wěn)定，且反極性接法熔深淺。l 焊條直徑及焊接電流為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，希望采用較大直徑的焊條和較大的焊接電流。但是由于堆焊面的寬度及堆焊質(zhì)量的限制，必須把焊條直徑和焊接電流控制在一定范圍內(nèi)。焊條直徑的選擇主要取決于構(gòu)件的尺寸和堆焊面的寬度。增大焊接電流能提高生產(chǎn)率。但電流過大，稀釋率增大，易造成堆焊合金成分偏析和堆焊過程中液態(tài)金屬流失等焊接缺陷。而電流過小，易造成夾渣、未焊透等缺陷，且降低生產(chǎn)率。所以應(yīng)適當(dāng)選擇

39、焊接電流。一般來(lái)說(shuō)，在保證堆焊合金成分合格的條件下，盡量選擇大電流；但不應(yīng)在焊接過程中由于電流過大而使焊條發(fā)紅、藥皮開裂、脫落。l 堆焊層數(shù)堆焊層數(shù)是以保證堆焊層高度滿足設(shè)計(jì)要求為前提。對(duì)于較大構(gòu)件時(shí)需要堆焊多層。堆焊第一層時(shí)，為減少基體熔深，一般采用小電流；或者堆焊電流不變，提高堆焊速度，同樣可以達(dá)到減小熔深的目的。堆焊最后一層時(shí)，要注意焊道的成形和平整度，以滿足堆焊后機(jī)械加工的尺寸要求。（3）手工電弧堆焊的操作引弧：將焊條與工件短路然后向上拉起焊條以引燃電弧稱為點(diǎn)拉式引弧。將焊條端部在金屬表面輕輕劃擦后提起焊條以引燃電弧叫擦引弧。焊接過程：電弧引燃后，一方面要仔細(xì)觀察熔池狀態(tài)，始終保持熔池

40、大小不變，不斷調(diào)整焊條角度控制弧長(zhǎng)保持熔池金屬不致外溢，另一方面要保持電弧沿焊接方向作勻速直線移動(dòng)只有保持熔池大小和焊接電弧移動(dòng)速度始終不變，才能獲得均勻一致的焊縫。收弧：焊接結(jié)束時(shí)如果直接拉斷電弧則會(huì)形成弧坑，弧坑會(huì)產(chǎn)生氣孔裂縫降低焊接接頭的強(qiáng)度。2.2.4實(shí)驗(yàn)步驟（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，準(zhǔn)備低碳鋼試板，用砂輪除去損壞的磨損層及油污和鐵銹等，使表面露出金屬光澤。（2）根據(jù)低碳鋼試板的形狀尺寸確定電焊機(jī)的各工藝參數(shù)。（3）焊條的選擇。汽蝕或磨損深處打底焊可選用J426、J427、J507、J506焊條；耐汽蝕表層堆焊可選用D276、D277、D237、D642、A102、A132焊條；耐泥沙磨損

41、表層堆焊可選用D642、D237焊條；耐蝕同時(shí)要求耐磨的表層堆焊選用D237、D642焊條。J427、J507、D277、D237焊條焊前應(yīng)在300400烘干2h。D642、A102、A132焊條焊前應(yīng)在100150烘干12h。（4）堆焊過程。汽蝕和磨損區(qū)深度在15mm以內(nèi)者，應(yīng)先打底焊，深度在4mm以內(nèi)者可直接進(jìn)行表面堆焊。為保證堆焊層的性能，耐汽蝕或耐磨的堆焊層最好焊23層以上。堆焊過程中應(yīng)特別注意防止變形。多層堆焊時(shí)相鄰堆焊層的焊道方向最好交錯(cuò)成一定角度。外表層的焊道方向應(yīng)盡量為順?biāo)鞣较颉２僮髦凶⒁鈶?yīng)用直線運(yùn)條，盡量采用小電流、短弧堆焊。焊道應(yīng)重疊1/21/3寬度。為獲得平整的堆焊表面

42、，堆焊完一層后可進(jìn)行清渣，為便于操作，最好將工件放在立焊或爬坡的位置。平焊位置進(jìn)行堆焊時(shí)也可以不清渣，但電流要大些，而且操作難度較大。堆焊層應(yīng)留12mm高度余量，最后磨光。(5)堆焊后立即進(jìn)行熱處理，熱處理后得到的試樣為下一步實(shí)驗(yàn)作試樣準(zhǔn)備。2.3 熱處理實(shí)驗(yàn)2.3.1熱處理實(shí)驗(yàn)方案選定兩塊原始試樣（一塊單層堆焊、一塊多層堆焊）制備金相試樣，觀察并拍照制備金相試樣，觀察并拍照制備金相試樣，觀察并拍照分別測(cè)試硬度測(cè)試硬度測(cè)試硬度并拍照綜合熱處理后各試樣的硬度及金相組織，分析影響表面超硬耐磨堆焊層硬度的因素第一組第二組第三組試 樣 準(zhǔn) 備取出兩塊試樣進(jìn)行高溫淬火，保溫20分鐘后，分別油淬和水淬最后

43、一塊試樣高溫退火并保溫半小時(shí)后，隨爐冷卻圖2.6 第二部分熱處理實(shí)驗(yàn)流程圖實(shí)驗(yàn)流程如圖2.7所示，實(shí)驗(yàn)大致可分為三組：直接從試樣中選出兩塊試樣（一塊為單層堆焊、一塊為多層堆焊）；選出兩塊進(jìn)行常規(guī)熱處理（淬火溫度選擇950，保溫時(shí)間為20min，淬火介質(zhì)分別為水和油）；對(duì)剩下的一塊試樣進(jìn)行退火處理，其退火加熱溫度為950，保溫半小時(shí)后隨爐冷卻。需要說(shuō)明的是，此部分實(shí)驗(yàn)是對(duì)第一部分實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)，即對(duì)低碳鋼表面堆焊層硬度的測(cè)試以及對(duì)整個(gè)試樣進(jìn)行不同熱處理后的組織分析，從而了解影響低碳鋼表面超硬耐磨堆焊層硬度的因素。2.3.2常規(guī)熱處理簡(jiǎn)介鋼的淬火： 鋼的淬火是熱處理工藝中最重要的、也是用途最廣泛的工序

44、；將鋼加熱至臨界點(diǎn)Ac3或Ac1以上一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火是使奧氏體化后的鋼件獲得盡量多的馬氏體并配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。淬火的目的主要是：提高鋼的強(qiáng)韌性；提高鋼的硬度、耐磨性；提高彈性。因此淬火在熱處理工藝中扮演著重要的角色。（1）淬火中淬火加熱溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以便淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織。淬火溫度主要根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)確定，亞共析鋼通常加熱至Ac3以上3050，共析鋼、過共析鋼加熱至Ac1以上3050。淬火加熱溫度不能過低也不能過高，過低不能完全奧氏體化，過高容

45、易導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大，淬火后獲得粗大的馬氏體。對(duì)于合金鋼，考慮到合金元素的作用，為了加速奧氏體化，淬火溫度可偏高些，一般為Ac1或Ac3以上50100，至于高合金鋼，奧氏體晶粒粗化溫度高，那么可采取更高的淬火溫度。由于低碳鋼表面堆焊一層超硬耐磨材料，故淬火加熱溫度選擇在900以上比較合適。（2）淬火保溫時(shí)間t的確定至于淬火保溫時(shí)間t，按經(jīng)驗(yàn)公式：t=KaD (min) 式中 t加熱時(shí)間（min）； K加熱時(shí)的修正系數(shù)(通常取11.5)； a加熱系數(shù)（min/mm）； D工件的有效厚度（mm）。工件厚度為16mm，根據(jù)相關(guān)資料的取值規(guī)定，取K=1.3，a=1.4,經(jīng)過計(jì)算t30min，再結(jié)合本次

46、實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)際情況和相關(guān)熱處理手冊(cè)中一些長(zhǎng)期以來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)保溫?cái)?shù)據(jù)，本人最終選擇保溫時(shí)間20分鐘，即t=20min。（3）淬火中淬火冷卻介質(zhì)的選擇選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)對(duì)淬火工藝來(lái)說(shuō)也是很重要的。為了實(shí)現(xiàn)過冷奧氏體在連續(xù)冷卻的過程中不分解而全部冷至Ms溫度以下完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，將鋼加熱到臨界點(diǎn)（Ac3或Ac1）上獲得奧氏體組織，其后的冷卻速度必須大于臨界淬火速度，即：V冷Vk(Vk為臨界冷卻速度，鋼在淬火時(shí)為抑制非馬氏體轉(zhuǎn)變所需的最小冷卻速度)，所以，選取淬火冷卻介質(zhì)必須高度注意這一點(diǎn)。但是，在整個(gè)淬火過程中，冷卻速度并非越大越好；一方面，因?yàn)殇撛诖慊鹄鋮s過程中冷卻過快，由于內(nèi)外溫度產(chǎn)生脹

47、縮不一致以及相變不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生淬火應(yīng)力（熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的總和），導(dǎo)致淬火工件變形或開裂；另一方面，過冷奧氏體在C曲線的鼻尖處是需要V冷Vk，而在650以上或者400以下（特別是在Ms點(diǎn)附近發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)）并不需要快冷；理想的冷卻介質(zhì)應(yīng)該使鋼：650以上緩慢冷卻，以盡量降低淬火熱應(yīng)力；650400之間應(yīng)當(dāng)快冷以通過過冷奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域即鼻尖處，避免發(fā)生珠光體或者上貝氏體轉(zhuǎn)變；400以下Ms點(diǎn)附近的溫度區(qū)域，緩慢冷卻以盡量減少馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。常用的淬火冷卻介質(zhì)有水、各種礦物油及各種乳化液。其中，各淬火冷卻介質(zhì)的特性是：水 水的冷卻特性很不理想，水在650400范圍內(nèi)冷卻速度較大，

48、但這對(duì)過冷奧氏體穩(wěn)定性較小的碳鋼來(lái)說(shuō)極為有利，故本課題研究的低碳鋼耐磨試樣可選擇水為冷卻介質(zhì)；各種礦物油 油是一種常用的淬火介質(zhì)，目前主要采用礦物油，如機(jī)油、柴油等；油的主要優(yōu)點(diǎn)是低溫區(qū)的冷卻速度比水小得多，從而可大大降低淬火工件的組織應(yīng)力，減少工件變形開裂；但油在高溫區(qū)間冷卻能力低是其主要缺點(diǎn)，但對(duì)于過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼來(lái)說(shuō)，油是合適的淬火介質(zhì)；乳化液 對(duì)于前面兩種淬火冷卻介質(zhì)，水的冷卻能力很大，但冷卻特性不好；油的冷卻特性較好，但其冷卻能力又低；因此，尋找冷卻能力介于油水之間，冷卻特性近于理想淬火介質(zhì)的新型淬火介質(zhì)是現(xiàn)代淬火熱處理工藝中努力的目標(biāo)；由于水是價(jià)廉、容易獲得、性能穩(wěn)定的淬

49、火介質(zhì)，因此，本課題的試樣采用的冷卻介質(zhì)為水，同時(shí)也選擇冷卻介質(zhì)油作對(duì)比實(shí)驗(yàn)。鋼的退火：退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻的一種金屬熱處理工藝。退火的一個(gè)最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度（退火溫度），大多數(shù)合金的退火加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的,如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎(chǔ)（圖2.8）。各種鋼(包括碳素鋼及合金鋼)的退火溫度，視具體退火目的的不同而在各該鋼種的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一溫度。各種非鐵合金的退火溫度則在各該合金的固相線溫度以下、固溶度線溫度以上或以下的某一溫度。 （1）退火的目的：改善或消除鋼鐵在鑄造、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺

50、陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂；軟化工件以便進(jìn)行切削加工；細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能；為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。圖2.7 鐵碳平衡圖2.3.3 試樣的制備過程（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體要求，把第一部分實(shí)驗(yàn)所得的樣板鋸成五塊試樣，五塊試樣的大小大致相同，這是為了三組試樣制備后的硬度比較更簡(jiǎn)明、精確，而后用砂輪打磨機(jī)對(duì)原始試樣進(jìn)行去毛刺修整；將已經(jīng)加工好的原始試樣按組標(biāo)號(hào)，試樣分為三組，其中，第一組：沒經(jīng)過任何熱處理加工的試樣，試樣兩個(gè)（一塊堆焊層厚的與一塊堆焊層薄的）；第二組：經(jīng)過高溫淬火后保溫20min，然后水冷與油冷，試樣兩個(gè)；第三組：經(jīng)過高溫退火后保溫半個(gè)小時(shí)，再隨

51、爐冷卻的試樣，試樣一個(gè)。（2）按實(shí)驗(yàn)方案中組別先后順序進(jìn)行分組加工： 第一組：手工粗磨。首先將試樣的表面在耐水砂紙上磨平，使被觀察表面平整光亮，無(wú)明顯磨痕無(wú)凹坑。手工細(xì)磨。將試樣用清水沖洗并擦干后進(jìn)行手工細(xì)磨操作，即依次在由粗到細(xì)的各型號(hào)金相砂紙上依次進(jìn)行細(xì)磨，常用的金相砂紙?zhí)枖?shù)有01、02、03、04、05五種，號(hào)數(shù)越大，磨粒越細(xì)、砂紙顏色相對(duì)也較淺。細(xì)磨時(shí)為了保證觀察面的平整，需在金相砂紙下放一塊厚玻璃板，在細(xì)磨時(shí)用力力求均勻、平穩(wěn)，防止磨痕過深和造成金相磨面的變形；試樣退回時(shí)要抬起，不能與金相砂紙相接觸，進(jìn)行“單程、單向”的磨制方法，直到磨掉試樣磨面上的舊磨痕，形成的一層新的、均勻一致磨

52、痕為止。在調(diào)換下一號(hào)砂紙時(shí)，應(yīng)將試樣上的磨屑和砂粒清理干凈，并轉(zhuǎn)動(dòng)90，即與上一號(hào)砂紙磨擦的磨痕垂直，直到將上一號(hào)砂紙留下來(lái)的磨痕全部消除為止。使用各種型號(hào)的金相砂紙的細(xì)磨時(shí)間也是依據(jù)不同的試樣而定，一般說(shuō)來(lái)硬度大一些的細(xì)磨時(shí)間要稍長(zhǎng)些。經(jīng)細(xì)磨后的試樣觀察面平整光滑，就像一個(gè)鏡面，在同一個(gè)面上進(jìn)行反光。拋光。金相試樣經(jīng)磨制后，磨面上仍然存在著細(xì)微的磨痕及金屬擾亂層，影響正常的組織分析，因而必須進(jìn)行拋光處理，以得到平整、光亮、無(wú)痕的金相磨面。常用的拋光方法有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光等，我們所采用的是最常用的機(jī)械拋光。機(jī)械拋光靠拋光磨料對(duì)金相磨面的磨削和滾壓作用使其成為光滑的鏡面。拋光時(shí)應(yīng)在拋

53、光盤上鋪以細(xì)帆布、平絨、絲綢等拋光織物，并不斷滴注拋光液。拋光液一般是氧化鋁、氧化鉻、氧化鎂等細(xì)粉末狀磨料在水中形成的懸浮液，在本次實(shí)驗(yàn)中我們用的是氧化鉻磨料。操作時(shí)將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并且沿著拋光盤的邊緣到中心不斷地作徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使試樣本身略加轉(zhuǎn)動(dòng)，使磨面各部分拋光程度一致，并且可以避免出現(xiàn)“曳尾”現(xiàn)象，拋光液的滴入量以試樣離開拋光盤后，其表面的水膜在數(shù)秒鐘內(nèi)可自行揮發(fā)為宜，一般拋光時(shí)間為35 min。拋光后的試樣磨面應(yīng)光亮無(wú)痕，石墨或夾雜物應(yīng)予以保留，且不能有“曳尾”現(xiàn)象。由于拋光液具有腐蝕性,操作時(shí)最好戴橡皮手套。在拋光后，在進(jìn)行觀察前需要完成的任務(wù)有：清水沖洗-酒

54、精擦拭-吹干-侵蝕-清水沖洗-酒精擦拭-吹干。其具體步驟是：將拋光過的試樣表面先用清水沖洗后用無(wú)水乙醇擦洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干，再浸入4的硝酸溶液中，時(shí)間不要太長(zhǎng)，一般數(shù)秒即可（具體應(yīng)按式樣和立侵蝕液來(lái)確定），然后用清水沖洗干凈，再用無(wú)水乙醇將其表面擦干凈，用吹風(fēng)機(jī)吹干即可放在顯微鏡下觀察基體組織。進(jìn)行硬度測(cè)試。第二組：在箱形電阻爐（型號(hào)：SRJX-3-9）中950加熱淬火保溫20min，分別水淬、油淬；淬火后，擦拭干凈試樣，在砂布上磨平并磨出金屬光澤（為了去掉表面的氧化皮，能得到更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)），再磨制金相試樣（具體操作過程同第一組的過程完全一樣），觀察顯微組織。進(jìn)行硬度測(cè)試；第三組： 在箱形電

55、阻爐（型號(hào)：SRJX-3-9）中加熱到950退火并保溫30min，然后隨爐冷卻；完全冷卻后，磨制金相試樣并進(jìn)行組織觀察。用HXD1000TMB視屏顯示自動(dòng)轉(zhuǎn)塔顯微硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試，（操作步驟：根據(jù)已經(jīng)制備好的金相試樣，進(jìn)行金相顯微組織的觀察與分析；認(rèn)真觀察和分析金相顯微組織的形態(tài)和基本組成，在試樣金相顯微清晰的部位中進(jìn)行顯微硬度測(cè)定，并根據(jù)金相分析的結(jié)果來(lái)判斷該組織的種類和性質(zhì)，并記錄相應(yīng)的顯微硬度值；第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析3.1 第一組實(shí)驗(yàn)記錄及分析（1）金相組織(c)(b)(a)熱處理前金相組織 圖3.1（a）母材組織（125） （b）過渡區(qū)組織（125） （c)堆焊層組織（500）圖3.1（a）為焊后未經(jīng)熱處理母材的金相組織。其組成主要為鐵素體（白色），還有少量的珠光體（黑色）。由于所選用的母材是低碳鋼，其含碳量很低，組織是由大部分鐵素體和少部分珠光體組成。隨著向堆焊層靠近，由于焊條藥皮過渡，堆焊層碳含量逐漸增多，則珠光體的含量越來(lái)越多，而鐵素體的含量不斷減少。如圖3.1（b）所示，圖中的顏色變化可以證明這一點(diǎn)。圖3.1（c）所