1.2 研究现状

1.3 研究思路

本文中，在高铬铸铁基体上，使用药芯焊丝并采用自保护明弧方法堆焊制备的耐磨零件具有良好的可靠性和经济性，而且其熔敷效率高，目前已被广泛应用，在这之中铸铁基体起着支撑作用，而通过表面堆焊所得到的耐磨合金层则起到耐磨损或者抗腐蚀的作用。和铸造方式相比，使用堆焊方法制备耐磨零件可降低材料的整体成本，并且可以简化制备工艺，即使表面遭到磨损后也可以快速修复。

但是常用的高铬高碳堆焊合金系的耐磨耐腐蚀性能不一定能满足使用要求,所以需要调整合金体系来提高合金系的耐磨性和耐腐蚀性以及提高堆焊合金的韧度。加人适量的Ti、Nb等元素可以细化基体颗粒和强化碳化物,以及提高合金层的韧度,从而进一步提高堆焊层的硬度,降低其磨损,使研制得到的堆焊合金具有更为优良的耐磨料磨损性能。

钛作为合金元素的优点很久之前就已经被认识到。钛对碳具有很强的亲合力，即为强碳化物形成元素，这可以减小晶粒的尺寸，并保持独立的相，提供潜在的形核质点。它在非常高的温度（> 3000℃）下也能形成碳化物。除了获得更高的耐磨性，大量的碳化钛的主要优点是残留在金属基体中，使大部分铬溶解，从而使得钢具有更强的耐腐蚀性[20]。Theisen等人对于几种耐磨铁基合金，包括工具钢，铸造合金和使用几种退火温度进行表面堆焊的合金评估了化学成分对硬度，耐磨性和耐腐蚀性的作用[21]。含有一次钛碳化物的合金具有良好的抗磨损性能。 此外，钛对碳的较高亲合力抑制了碳化铬的形成，留下大量的铬可用于腐蚀保护。这项工作打开了开发具有较高硬度的耐磨耐腐蚀合金的大门。

最近研究了使用钛作为铁基堆焊面显微结构设计的合金元素。主要目的是通过利用钛形成单碳化物的能力，通过固定晶界抑制晶粒生长，发展坚硬、坚韧且耐腐蚀的材料。

在过共晶高铬铸铁中系统研究了Ti含量对凝固过程，微结构及其对耐磨性和断裂韧性的影响。发现钛通过细化枝晶尺寸和通过钛单碳化物部分替代M7C3铬碳化物来显着地改变微观结构。钛单碳化物比大多数其他碳化物具有更高的熔点和硬度。微观结构的这种改善导致硬度，耐磨性和断裂韧性的增加[22]。

铁基堆焊合金的堆焊层拥有良好耐磨性主要原因在于硬质M7C3碳化物的形成。然而，由于在磨损过程中较粗糙且更脆的M7C3铬碳化物往往会倾向于与基体分离，因此当这些铁基堆焊合金部件在施加较大压力的外部冲击时，其性能受到限制[23]。

但是，如果碳化物比原来的M7C3碳化物更硬，更细，并且更紧密，并且如果它们分布地比较均匀，则研磨剂不能有效地渗入到基体中，并且碳化物不容易从基体分离，并且以这种方式，铁基堆焊合金在重度外部冲击下的耐磨性可以得到改善。因此，许多研究人员已经在合金中添加了强碳化物形成元素如W，V，Nb和Ti，以获得比M7C3碳化物更精细和更硬的MC型碳化物。这些努力很有限地提高了铁基堆焊合金的耐磨性。据报道，由于TiC用作碳化物异质形核，当将少量Ti添加到高铬铸铁中时，在高铬铸铁中发现碳化物变得更加细小[24]。

然而，一方面，由于Ti在合金的正常凝固之前容易形成TiC碳化物，所以基体的碳含量会发生变化，从而导致合金的组织和性能发生一些变化。

另一方面，很少有研究获得足够的MC型碳化物来替代焊接技术中的M7C3碳化物，这主要是由于其药芯焊丝填充材料的制造困难。Conde说，在堆焊应用中，使用药芯焊丝是优先选择的，因为它们比涂层电极具有更高的生产率和比埋弧焊具有更大的灵活性，并且除此之外，还拥有较低的热输入，较小的变形和较小的热影响区等特点。自保护药芯焊丝工艺将MAG / MIG的主要优点聚集在一起，如焊接速度高，成品率高，焊接工作量高，可以获得高生产率和高质量的焊缝等。堆焊中的电极是内置焊剂的药芯焊丝，其中焊剂包括“渣系统”和“合金系统”。合金系统通常由形成焊缝金属的铁合金或纯金属粉末组成。造渣系统由矿物粉末如金红石，大理石和萤石组成; 这些粉末在焊接过程中形成渣，以保护熔融金属免受污染和氧化[25]。由于与合金系统相比，造渣系统的密度较小，所以造渣系统占据更多的空间。铁合金如铁钛合金的加入受到限制。