無錫國勁合金有限公司*經(jīng)營葉片鋼、氣閥鋼、耐熱鋼、電站用鋼等特種合金圓鋼、鍛件。
4Cr10Si2Mo合金是沉淀強化型鎳鐵基高溫合金,在發(fā)動機、石油、核工業(yè)等領域已得到廣泛應用。以往研究表明,當使用溫度超過650℃時,其主要強化相γ"會發(fā)生相轉(zhuǎn)變,使強化相的體積分數(shù)和強化效應下降,限制了合金在更高溫度領域的應用。本研究在總結GH4169合金組織、析出相特征和相關性能的基礎上,介紹δ相的析出和分布與合金性能的關系,總結了該合金的成分改性特點,對該合金在700℃甚至更高溫度/低應力下*使用的可能性做出了展望。 發(fā)展冶金結合兼顧耐磨耐蝕性的低成本、高質(zhì)量涂層及其制備方法是表面工程研究領域重要發(fā)展方向之一。本文采用超音頻感應熔覆制備低成本鐵基、鎳基合金涂層方法,研究具有冶金結合、耐蝕、耐磨三者兼顧的綜合性能涂鍍層制備技術,主要探討了以下三個關鍵科學問題：(1)鐵、鎳基合金粉體感應熔覆形成硬質(zhì)顆粒復合增強結構涂層的形成條件與影響規(guī)律；(2)硬質(zhì)顆粒復合增強結構感應熔覆涂層成分、組織與其冶金結合、耐蝕、耐磨性的關系；(3)硬質(zhì)顆粒復合增強結構感應熔覆涂層耐磨性與其受摩擦磨損時能否發(fā)生晶態(tài)-非晶態(tài)結構轉(zhuǎn)變、形成原因及其與非晶含量的關系。通過自行組建超音頻感應涂層制備裝置,選用T×××鐵基合金粉體(FeCrNiCoMo、FeCrBSi、FeCrBMo),并與普遍認為耐磨耐蝕鎳基合金NiCrBSi(Ni60A)進行對比研究,成功制備出冶金結合、低孔隙、低稀釋率耐磨耐蝕性能優(yōu)異的鐵基、鎳基涂層。獲得了感應熔覆工藝條件影響規(guī)律：工作電流和加熱時間減少,涂層孔隙率逐漸增大,涂層/基體界面呈機械結合或半冶金結合；工作電流和加熱時間增加,涂層孔隙率逐漸降低,涂層稀釋率不斷增加,熔池溫度決定涂層/基體界面兩側(cè)合金元素互擴散速率。鎳基、鐵基涂層微觀組織結構致密,呈非平衡快速凝固特征。涂層/基體界面區(qū)域在快速冷卻凝固狀態(tài)下呈現(xiàn)附于基體半熔化區(qū)晶粒外延生長且與熱流方向平行的平面晶組織,底部為樹枝晶結構。熔點及合金成分差異是鎳基、鐵基涂層微觀結構和物相組成不同的主因,鐵基初始熔覆狀態(tài)下涂層為純晶態(tài)結構,鎳基涂層物相轉(zhuǎn)變過程為L→(γ+L)+CrB+Cr7C3→γ+CrB+Cr7C3+γ-Ni/Ni3Si；鐵基涂層物相轉(zhuǎn)變過程為：L→(α/γ+L)+(Cr,Fe)2B→α/γ+(Cr,Fe)2B+α/γ)/(Cr,Fe)2B。鎳基、鐵基涂層具有優(yōu)良的室溫和高溫干滑動摩擦磨損性能。研究結果表明：鎳基、鐵基涂層顯微硬度沿層深方向呈梯度增加趨勢,涂層/基體界面處的渦流及趨膚效應協(xié)同作用引發(fā)界面硬度顯著增加,硬度超過基體的2倍。涂層室溫磨損機理為彌散強化、固溶強化,隨載荷、磨損速率、磨損時間的增加,涂層磨損機制由輕度粘著磨損、磨粒磨損逐漸向中度粘著磨損、磨粒磨損轉(zhuǎn)變；涂層高溫磨損機理為彌散強化、固溶強化及氧化膜自潤滑保護混合機制,磨損機制為粘著磨損、磨粒磨損和氧化磨損的混合機制。鐵基涂層硬度和耐磨性優(yōu)于鎳基涂層,硬質(zhì)析出相含量、固溶體韌性越高,涂層硬度、耐磨性能越高。鎳基、鐵基涂層具有優(yōu)良的耐蝕性能,浸泡試驗和電化學測試結果表明：鎳基、鐵基涂層在模擬海水溶液中的腐蝕機理為陽極溶解和鈍化膜保護機制,涂層鈍化膜由Cr2O3、 FeCr2O4、 SiO2組成,涂層具有優(yōu)良耐蝕性能的本質(zhì)原因是高致密性復合氧化膜的鈍化作用對腐蝕介質(zhì)有的機械阻隔作用；H2S/CO2高溫高壓環(huán)境下,鎳基涂層腐蝕產(chǎn)物主要為FeS、 CrS,鐵基涂層腐蝕產(chǎn)物主要為FeS、 FeCr2S4,涂層較好的耐蝕性主要是由于溫度升高促進腐蝕產(chǎn)物的沉積和產(chǎn)物膜致密度的提升,對腐蝕介質(zhì)起到隔離作用；涂層高溫氧化動力學曲線符合拋物線規(guī)律,致密連續(xù)、附著力良好的(Cr,Fe)2O3復合型氧化膜為涂層提供良好的高溫抗氧化性能。硬質(zhì)顆粒復合增強結構感應熔覆FeCrNiCoMo和FeCrBSi涂層受摩擦磨損會發(fā)生晶態(tài)-非晶態(tài)結構轉(zhuǎn)變,晶態(tài)-非晶態(tài)轉(zhuǎn)變有利于提高涂層減摩、抗磨能力,該現(xiàn)象的發(fā)生歸因于磨損過程中大量位錯等缺陷的引入使涂層晶體結構自由能不斷增加直至晶態(tài)結構失穩(wěn),非晶含量隨磨損時間和載荷的增加逐漸提高并趨于穩(wěn)定在40%附近；隨涂層凝固速率增加,枝晶半徑逐漸減小,枝晶間距逐漸增加,再減??；Ni元素含量越高,涂層γ相區(qū)越大,Ni元素較高時,初生γ相為橢球狀結構,Ni元素較低時,初生γ相則呈現(xiàn)不規(guī)則結構；基于LS-SVM建立涂層磨損預測模型,磨損預測模型在較少預測樣本前提下仍能獲得較為準確的磨損行為預測結果。建立了一套快速、單次熔覆大厚度且精度可控的涂層制備方法,分別在直通管和帶凹槽導輪零件表面制備厚度分別達6.0、3.6mm感應熔覆涂層；感應重熔保護層以SiO2、 Al2O3為骨架,實現(xiàn)了HVOF涂層與基體由機械結合向牢固冶金結合的轉(zhuǎn)變,涂層孔隙率從5.74%大幅降至0.43%,耐蝕性能提高2.74倍。
