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生产应用 Natrii em
铌对液压支架立柱等离子熔敷涂层组织性能的影响
北京工业大学材料科学与工程学院(100024)
丁卫东栗卓新李国栋
菲拉克焊接江苏有限公司(常州市213245)李杨
摘要采用自制药芯焊丝等离子熔敷技术在液压支架立柱表面制备一种耐磨耐腐蚀的铁基合金涂层,合金体
系为C.r-Ni-Mo-B-Nb。通过对比涂层的显微硬度、磨料磨损试验、盐雾试验,研究合金元素铌对涂层显微组织结构、
显微硬度、耐磨性、耐蚀性的影响。试验结果表明,随着铌含量的增加,熔敷层显微硬度与耐磨性均先增大后减小,
N2号平均显微硬度最大为436HV20,磨损量最小为0.22628g,盐雾腐蚀后无腐蚀点,耐腐蚀性优良,适合液压支
架立柱工矿的使用要求。
关键词:等离子熔敷液压支架立柱铌
中图分类号:TG422.3
较送丝要低。在药芯焊丝中加入一定量的铌,可稳定
0前言
熔敷金属中的C,N元素,从而提高不锈钢的耐蚀性,其
中国是煤炭生产大国,液压支架作为煤炭开采的次铌的碳氮化物可以“钉扎”晶界阻止晶粒长大,起到
核心设备,其工作面成套设备成本的60%用于液压支细晶强化的作用,同时铌的原子半径比铁原子半径大
架的投入,液压支架整体的使用寿命影响着煤炭开15%,易在位错线上偏聚,因此对位错攀移有强烈的拖
采的进度,然而液压支架上的活塞杆是易损件,在井下拽作用。
复杂的工矿环境中,容易因腐蚀、磨损、变形而使液压
基于此,文中采用外送药芯焊丝等离子熔敷的工
系统失效。因此,研究用于提高液压支架立柱表面硬艺,研究合金系为Cr-Ni-Mo-B-Nb时,合金元素铌对熔
度、耐磨性、耐腐蚀性能的方法来延长液压支架的使用敷层显微组织、物相、显微硬度、耐磨性、耐蚀性的影
寿命,具有很高的经济效益和社会价值。
响,得到在具有较高硬度和耐蘑性能的同时,还具有优
国内修复液压支架立柱仍然是以传统的电镀硬铬良耐蚀性的药芯焊丝,延长液压支架立柱的使用寿命。
为主,然而镀硬铬低的电解效率导致了其沉积率低能
1试验材料与方法
耗高,此外内部硬铬的脆性相会导致微观和宏观裂纹,
这极大地降低其耐和耐腐蚀性],并且镀液对人体
选用200mmx100mm×10mm的Q235为基
和环境产生了很大的危害。国内某企业在液压支架立材,采用等离子熔敷设备外送药芯焊丝进行焊接
柱上激光熔敷JG-2、JG-3铁基合金涂层的,具有较试验过程中,设计4组药粉配方,改变铌的质量分
高的显微硬度值(JG-2为542HV10,JG-3为609数,采用8mx0.3mm的304L不锈钢钢带,填充
HV10),同时具有较好的耐腐蚀性。澳大利亚一些煤率为35%,焊丝经过乳制、成形、减径,获得4组直
矿也已应用了激光熔敷的立柱活塞杆,但激光熔敷径为1.96mm的药芯焊丝,测定熔敷层中主要化学
设备成本高、能耗大,推广有一定的阻力。专利[5j采成分见表1。在等离子熔敷设备上,采用外送药芯
用等离子熔敷方法加工液压支架立柱,该工艺具有效焊丝的工艺进行焊接。等离子熔敷设备工艺参数见
率高、成本低、熔敷质量优异等特点6-?,其使用的是表2。
同步送粉的方式,相对外送丝的工艺,长时间送粉会在
熔敷后的试样沿垂直于焊接方向切割成10mm
等离子枪口产生堵嘴现象,同时送粉对粉末的利用率10mmx10mm大小的试样。经砂纸打磨抛光后,用1
体积的浓硝酸和3体积的浓盐酸配制成的王水作为腐
收稿日期:2015-03-22
蚀液腐蚀制成金相试样,利用金相显微镜和扫描电镜
基金项目:哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室(AWJ
研究熔敷层的组织形貌,采用XRD检测、分析试样的
M13-01)
物相组成,用显微硬度仪测量熔敷层的显微硬度。用
402015年第11期
Dhtml om生产应用蜉該
表1熔敷层的主要化学成分(质量分数,%)
编号
C
M
Si
Mn
B
19,22
0.087
10.50
2,422
1.145
0.388
61.591
N2
19.52
0.089
0.50
2.693
1.130
3.139
1.121
0.870
60.428
N3
18.88
0.081
10.47
2.683
1.191
3.124
1.116
1.83160.124
N4
18.52
0.090
10.59
2.651
1.102
3,200
1.151
2.350
59,836
表2等离子熔敷工艺参数
转移弧电流
电压
熔敷速度
送丝速度
喷嘴到立柱表面的
离子气
保护气
LA
U/V w/(mmmin)w/(ems)
距离mm
Q,/Lh)Q/(Lh)
106
20-50
200~380
l-3
8
300~420
180-240
MLS-225磨料磨损试验机上进行磨损试验,试样大小为和点2进一步做能谱分析结果见表3,发现其中白色棒
57mmx25mmx12mm,橡胶轮旋转频率240r/min,橡状物中铌的含量较高而基体中铌的含量很少几乎为0
胶轮直径176m,橡胶轮硬度HS60,磨料为200~400铌是强碳化物和氮化物形成元素,铌原子在铁原子晶
m石英砂,载荷40N,试验箱中加入1000g水和1500格内有较大的不容性,奥氏体晶界是铌原子所处的有
g石英砂,初磨300r,精磨1000r,磨损前后用酒精超声利位置。进而说明白色棒状物主要为含铌的化
清洗10min。按照国家标准GB/T10125-1997《人造气合物,如NC,NN等。图2b中Nb含量进一步增加,
氛腐蚀试验盐雾试验》,在KS-YW60盐雾腐蚀试验箱
中做NaCl中性盐雾腐蚀,试样大小为20mmx30mmx2
mm,连续喷雾时间1000h,试验过程中记录试样腐蚀点
出现时间,试验后并观察试样表面形貌。
2试验结果与分析
40 Wm
2.1铌对熔敷层组织的影响
(a)铌添加量为0.388%
(b)铌添加量为0.870%
图1是不同铌含量的等离子熔敷层显微组织图,
结合图5分析发现,当铌添加量为0.388%时,熔敷层
的显微硬度为381HV20,基体组织主要是奥氏体组织,
晶粒较为粗大,晶界分布着大量的硼化物、碳化物。由
于铌含量较少,对组织性能影响不明显,图1b中可以
明显地发现组织晶粒较图1a细化,同时晶界析出大量
40
的金属间化合物。使其熔敷层显微硬度提高到436
(c)铌添加量为1.831%
(d)铌添加量为2.350%
HV20,这保证了熔敷层较高的磨损性。随着铌含量的
进一步增加,铌含量为1.831%~2.35%时,奥氏体晶
图1不同铌添加量对熔敷层显微组织的影响(质量分数)
粒进一步减小,但晶粒上开始出现了一些弥散分布着
的点状物,铌含量越多,这些点状物越多,奥氏体基体
形态由之前的长