采用手工電弧焊在 ４５ 鋼上堆焊一種耐磨鐵基堆焊合金。借助光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、Ｘ 射線衍射 儀及材料試驗(yàn)機(jī)研究了堆焊鐵基合金的組織和性能。結(jié)果表明，焊態(tài)耐磨鐵基合金中存在高合金 馬氏體，其硬度為 ４２．７ ＨＲＣ，經(jīng) ５００ ℃保溫 ２ ｈ 后，堆焊合金的硬度為 ４４．５ ＨＲＣ，耐磨性有所提高。


（１）Ｑ５５０ 高強(qiáng)鋼焊接接頭斷面裂紋產(chǎn)生于靠 近熔合區(qū)的半熔化區(qū)，平行熔化邊界線擴(kuò)展，部分裂 紋越過熔合區(qū)向焊縫擴(kuò)展。隨焊絲強(qiáng)度的增加，裂 紋率增大。在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇低強(qiáng)匹 配的焊接材料，保證焊接接頭有一定的韌性。
（２）采用 ＥＲ５０６ 焊絲進(jìn)行焊接得到焊縫組織 為先共析鐵素體、針狀鐵素體、珠光體和粒狀貝氏 體，ＭＫ·Ｇ６０ 焊絲的焊縫顯微組織主要為貝氏體和 大量的針狀鐵素體。
（３）采用 ＥＲ５０６ 焊絲的焊接接頭熔合區(qū)斷口 形貌，有大量韌窩存在，表現(xiàn)為明顯的韌性斷裂特 征。ＭＫ·Ｇ６０ 接頭熔合區(qū)斷口形貌主要呈山谷狀， 有著脆性斷口中準(zhǔn)解理斷口的特征，存在很多撕裂 棱，表現(xiàn)為明顯的脆性斷裂特征。

磨損失效是除塵管道常見的一種破壞形式，主 要發(fā)生在管道的彎頭、三通等異形構(gòu)件處。磨損會 造成除塵系統(tǒng)漏風(fēng)，影響除塵效果，甚至帶來不安全 隱患。因此，提高除塵管道的抗磨損性能已引起相 關(guān)研究者的重視。目前，提高除塵管道耐磨損性的 一種常用方法是在彎頭外側(cè)鑲有可以更換的耐磨材 料襯里［１］ ，但采用該方法成本較高，且檢修較麻煩。 采用堆焊的技術(shù)將耐磨材料堆焊熔敷在工件表面來 改善耐磨性是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，已在礦山、機(jī) 械、冶金、水泥及電力等工業(yè)部門的零件修復(fù)中得到 廣泛的應(yīng)用［２４］ 。因此，本文采用手工電弧焊法在 ４５ 鋼基體上堆焊一種耐磨鐵基堆焊合金，并探討了 該堆焊合金的顯微組織及性能。



試驗(yàn)選用的焊材為一種新配制的耐磨鐵基堆焊 焊條，焊條直徑為 ４ ｍｍ，堆焊基體材料為 ４０ ｍｍ × ４０ ｍｍ ×８ ｍｍ 的 ４５ 鋼板。用 ＺＸ５２５０ 型直流電焊 機(jī)，在 ４５ 鋼上堆焊成厚度約為 ５ ｍｍ 堆焊合金層， 其化 學(xué) 成 分 （質(zhì) 量 分 數(shù)，％）為 ０．２２Ｃ，４．６７Ｃｒ， ０．３８Ｓｉ，１．６５Ｍｎ，５．３９Ｗ，０．５５Ｖ，０．３２ 其它。用線切 割將堆焊件加工成尺寸為 １０ ｍｍ ×１０ ｍｍ ×１０ ｍｍ 堆焊樣品，其中堆焊合金層約 ４ ｍｍ，取一部分堆焊 樣品在 ＳＸ４１０ 箱式電阻爐中分別進(jìn)行 ２００ ℃、 ３００ ℃、４００ ℃、５００ ℃、６００ ℃、７００ ℃保溫 ２ ｈ 的回 火處理后，用 ＨＲ１５０Ａ 洛氏硬度計(jì)和 ＦＭＡＲＳ９０００ 顯微硬度計(jì)分別測試回火處理前后堆焊合金的宏觀 和微區(qū)硬度。磨損試驗(yàn)在 ＭＰＷ 萬能磨拋機(jī)上進(jìn) 行，外加載荷為 １．０ ｋｇ，磨料為 ３２０＃砂紙，行程為 ２５０ ｍ。用 ＥＳＪ２０５４ 光電子天平（精度 ０．１ ｍｇ）測 量樣品的磨損失重量。上述試驗(yàn)結(jié)果均取 ３ 次測試結(jié)果的平均值。用 Ａｘｉｏｖｅｒｔ２００ＭＡＴ 型光學(xué)顯微鏡、 Ｄ／ｍａｘｒＢ 型 Ｘ 射線衍射儀（帶石墨單色器，Ｃｕｋａ 輻 射）和 ＫＹＫＹ２８００ 掃描電鏡（配能譜儀 ＥＤＳ）對堆 焊合金的顯微組織進(jìn)行分析。

圖 １ 為耐磨鐵基堆焊合金的顯微組織。圖 １ （ａ）可以看出，焊態(tài)堆焊合金組織由白色區(qū)和黑色 區(qū)組成。顯微硬度測試結(jié)果顯示，白色區(qū)和黑色區(qū) 的硬度分別約為 ５４８ ＨＶ 和 ４９１ ＨＶ。ＥＤＳ 能譜結(jié)果 發(fā)現(xiàn)，白色區(qū)和黑色區(qū)的主要成分是 Ｆｅ 元素，且白 色區(qū)中的 Ｃｒ、Ｗ和 Ｖ 元素的含量均高于黑色基體中 Ｃｒ、Ｗ和 Ｖ 元素的含量。經(jīng) ５００ ℃保溫 ２ ｈ 回火后 白色區(qū)數(shù)量明顯減少，見圖 １（ｂ）。圖 ２ 表明，焊態(tài) 堆焊合 金 組 織 主 要 為 馬 氏 體 和 殘 留 奧 氏 體，經(jīng) ５００ ℃保溫 ２ ｈ 處理后，堆焊合金組織中殘留奧氏 體消失，堆焊合金的硬度值為 ４４．５ ＨＲＣ。由上述結(jié) 果可推斷，焊態(tài)堆焊合金組織中白色區(qū)為高合金馬 氏體，而低合金馬氏體主要存在黑色區(qū)中，經(jīng) ５００ ℃ 保溫 ２ ｈ 回火后，堆焊合金組織中存在回火馬氏體。 這是由于該堆焊合金中含有較高的 Ｗ、Ｃｒ、Ｖ 合金元 素，這些合金元素與碳原子具有較強(qiáng)的親和力［５］ ， 阻止了碳從馬氏體中析出，同時(shí)也能增加 Ｆｅ 原子自 擴(kuò)散激活能，因而使馬氏體的分解溫度升高，提高了 堆焊合金的回火穩(wěn)定性。



圖 ３ 為耐磨鐵基堆焊合金的硬度與回火溫度的 關(guān)系曲線?？梢钥闯?，回火溫度低于 ４００ ℃時(shí)，堆焊 合金的硬度值變化不大，當(dāng)回火溫度升至 ５００ ℃時(shí)， 硬度值略有升高，然后隨回火溫度的升高，硬度呈下降的趨勢。由測試結(jié)果可知，當(dāng)回火溫度為 ５００ ℃ 時(shí)，堆焊合金的硬度值為 ４４．５ ＨＲＣ，較焊態(tài)堆焊合 金的硬度（４２．７ ＨＲＣ）提高了 ４．２２％。由堆焊合金的 耐磨性測試結(jié)果顯示，５００ ℃保溫 ２ ｈ 回火處理前后 堆焊合金的磨損失重分別為 ３８．５９ ｍｇ 和 ３４．９７ ｍｇ， 表明 ５００ ℃保溫 ２ ｈ 回火處理后堆焊合金的耐磨性 有所提高。其原因主要是該堆焊合金在 ５００ ℃保溫２ ｈ 回火過程中，從高合金馬氏體中析出合金碳化 物，形成沉淀硬化效應(yīng)［６］ ，同時(shí)殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?馬氏體，使堆焊合金的硬度和耐磨性升高。隨回火 溫度進(jìn)一步升高，馬氏體分解，析出的合金碳化物聚 集長大，導(dǎo)致堆焊合金的硬度降低。從 ＸＲＤ 衍射圖 譜（圖 ２）中并未顯示出焊態(tài)堆焊合金經(jīng) ５００ ℃保溫 ２ ｈ 回火處理后存在合金碳化物的衍射峰，這可能 與 ＸＲＤ 衍射儀的精度及析出的合金碳化物數(shù)量較 少的緣故。綜上所述，該堆焊合金具有較高的硬度 和良好的耐磨性能，以及較高的回火穩(wěn)定性，可斷定 該堆焊合金有望在修復(fù)除塵管道等方面得到應(yīng)用。

（１）焊態(tài)耐磨鐵基堆焊合金組織中存在高合金 馬氏體，該堆焊合金具有較高的硬度和良好的耐磨 性能及較高的回火穩(wěn)定性。

（２）焊態(tài)堆焊合金的硬度為４２．７ ＨＲＣ，經(jīng)５００ ℃ 保溫 ２ ｈ 回火后，堆焊合金的硬度為 ４４．５ ＨＲＣ，提 高了４．２２％，耐磨性能也有所提高。