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第10期 刘胜林等：等离子熔覆镍基合金的组织及其冲蚀磨损性能 ,1003 料表面出现了比较明显的变形唇.总之，在低角冲 些机理都受材料硬度的强烈影响，所以，在选材时 蚀时，镍基基体处的磨损机理以变形切削机制为主， 提高材料的硬度，可以极大地提高受砂浆冲蚀磨损 而硬质相的磨损符合拔除脱落机制， 的零部件的耐磨性， OCrl3Ni5Mo不锈钢的金相组织为板条马氏 0.6 ICrI8Ni9Ti 体，不含有任何硬质相.马氏体不锈钢具有高硬度 0Crl3Ni5Mo (HV300)和高耐磨性.冲蚀开始后，0Cr13Ni5Mo 0 不锈钢试样的表面发生了塑性变形，冲蚀一段时间 后，马氏体板条的塑性变形耗尽，试样的表面发生了 0.2 材料的脱落，出现了一些冲蚀坑（图6(b))·继续冲 Ni46 蚀后，有些冲蚀坑变深、变大，马氏体结构钢在较高 冲击速率时表现出一定的脆性材料的冲击特性也为 200 400 600 Cabe等人[所证实，当然OCrl3Ni5Mo不锈钢其磨 显微硬度，HV 损机理主要是切削磨损.1Crl8Ni9Ti不锈钢，其基 图7材料的硬度对冲蚀磨损性能的影响 体组织为奥氏体，特点是具有单相奥氏体组织，塑性 Fig.7 Effect of hardness value on the erosion properties 好，但是硬度低，在砂浆冲蚀磨损过程中，材料的硬 度所起的作用更为重要，延性所起的作用相对减少， 3 结论 因此其硬度最低，磨损失重量最大，图6(c)所示 (1)在等离子束表面熔覆过程中选择恰当的工 1Crl8Ni9Ti不锈钢冲蚀表面形貌主要是犁沟、切削 和塑性挤压变形，由于这种钢的塑性和韧性都比较 艺参数，能够得到与基体呈冶金结合的镍基合金涂 层 好，因此在砂砾的冲击作用下，容易在犁沟前和冲击 (2)熔覆层的高硬度归功于覆层中的组织细化 坑的周围形成挤出变形唇.图6(c)所示在 和合金层中弥散析出的金属碳化物和硼化物所造成 lCrl8Ni9Ti不锈钢试样表面产生的变形唇十分明 的沉淀强化. 显，在砂浆的冲刷作用下，变形唇发生断裂而脱落被 冲刷掉.因此对1Cr18Ni9Ti不锈钢这种延性材料 (③)在砂浆冲蚀的作用下，镍基奥氏体基体的 固溶强化和大尺寸硬质相有效抵御砂砾的冲击，是 而言，其磨损机理主要是切削磨损与变形磨损， Ni基等离子熔覆合金层具有高抗冲蚀性能的主要 可见，Ni基熔覆合金层中大量的Ni、Cr、Si、C、B 原因 等合金元素，不仅使奥氏体基体得到显著强化，而且 (4)材料的冲蚀磨损性能受到材料基本力学性 析出的尺寸较大的碳化物和硼化物等硬质相能够有 能的控制，高硬度涂层的抗冲蚀性能较好，材料的硬 效地抵御砂砾产生的冲击力，使其具有较好的抗冲 度与冲蚀磨损性能的关系密切， 蚀性能，而在0Crl3Ni5Mo不锈钢中，虽然马氏体 的存在使基体的硬度也很高(HV300),但仍比Ni 参考文献 基合金中奥氏体基体的硬度低，对于砂浆冲蚀来 [1]陈茜，鲍崇高·液/固两相流冲蚀磨损机理及材料应用现状. 说，硬度是决定合金抗冲蚀性能的重要因素1].同 铸造技术，2005,26(6)：548 时，马氏体基体的塑性、韧性较差，变形能力和抵抗 [2]侯清字，高甲生·C。C一W系等离子弧堆焊合金层显微结构 裂纹扩展能力较小，降低了0Crl3Ni5Mo不锈钢的 的研究.稀有金属材料与工程，2004,33(11)：1199 [3]董丽虹，朱胜，徐滨士，等.耐磨损耐腐蚀粉末等离子弧堆焊 抗冲蚀性能，1Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢塑性好，但 技术的研究进展.焊接，2004(7)：6 硬度低(HV200),因此在砂砾的高速冲击作用下， [4]王晓峰，单平，王惜宝，等.等离子弧堆焊TB2金属陶瓷涂 砂砾压入不锈钢表面，形成挤出唇（如图6(c)),在 层的组织及性能.焊接学报，2005,26(7)：33 砂砾的反复切削冲击作用下，砂砾在不锈钢表面所 [5]李敏，李惠东，李惠琪，等.等离子体表面改性技术的发展. 形成的挤出唇或翻皮的去除即不锈钢表面材料发生 金属热处理，2004,29(7)：5 迁移，产生磨损失重 [6]Lynn R S,Wong KK.Clark H M.On the particle size effect in slurry erosion.Wear,1991.149:55 图7是不同材料的硬度对砂浆冲蚀磨损冲蚀率 [7]Clark H M,Hartwich R B.A re-examination of the 'particle size 的影响，可以看出，在低角度冲蚀，硬度与冲蚀率关 effect'in slurry erosion.Wear,2001.248(1/2):147 系密切，硬度越高冲蚀率越低，这与冲蚀磨损的形 [8]姜胜利，郑玉贵，姚治铭.不同砂粒粒径多相流中CrMB堆 唇、显微切削、犁削和刺入等机理密切相关，因为这 焊层的损伤行为，材料保护，2004,37(10)：12料表面出现了比较明显的变形唇．总之在低角冲 蚀时镍基基体处的磨损机理以变形切削机制为主 而硬质相的磨损符合拔除脱落机制． 0Cr13Ni5Mo 不锈钢的金相组织为板条马氏 体不含有任何硬质相．马氏体不锈钢具有高硬度 （HV 300）和高耐磨性．冲蚀开始后0Cr13Ni5Mo 不锈钢试样的表面发生了塑性变形冲蚀一段时间 后马氏体板条的塑性变形耗尽试样的表面发生了 材料的脱落出现了一些冲蚀坑（图6（b））．继续冲 蚀后有些冲蚀坑变深、变大．马氏体结构钢在较高 冲击速率时表现出一定的脆性材料的冲击特性也为 Cabe 等人［9］所证实．当然0Cr13Ni5Mo 不锈钢其磨 损机理主要是切削磨损．1Cr18Ni9Ti 不锈钢其基 体组织为奥氏体特点是具有单相奥氏体组织塑性 好但是硬度低．在砂浆冲蚀磨损过程中材料的硬 度所起的作用更为重要延性所起的作用相对减少 因此其硬度最低磨损失重量最大．图6（c）所示 1Cr18Ni9Ti 不锈钢冲蚀表面形貌主要是犁沟、切削 和塑性挤压变形．由于这种钢的塑性和韧性都比较 好因此在砂砾的冲击作用下容易在犁沟前和冲击 坑的 周 围 形 成 挤 出 变 形 唇．图 6（c） 所 示 在 1Cr18Ni9Ti 不锈钢试样表面产生的变形唇十分明 显在砂浆的冲刷作用下变形唇发生断裂而脱落被 冲刷掉．因此对1Cr18Ni9Ti 不锈钢这种延性材料 而言其磨损机理主要是切削磨损与变形磨损． 可见Ni 基熔覆合金层中大量的 Ni、Cr、Si、C、B 等合金元素不仅使奥氏体基体得到显著强化而且 析出的尺寸较大的碳化物和硼化物等硬质相能够有 效地抵御砂砾产生的冲击力使其具有较好的抗冲 蚀性能．而在0Cr13Ni5Mo 不锈钢中虽然马氏体 的存在使基体的硬度也很高（HV 300）但仍比 Ni 基合金中奥氏体基体的硬度低．对于砂浆冲蚀来 说硬度是决定合金抗冲蚀性能的重要因素［10］．同 时马氏体基体的塑性、韧性较差变形能力和抵抗 裂纹扩展能力较小降低了0Cr13Ni5Mo 不锈钢的 抗冲蚀性能．1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢塑性好但 硬度低（HV 200）因此在砂砾的高速冲击作用下 砂砾压入不锈钢表面形成挤出唇（如图6（c））在 砂砾的反复切削冲击作用下砂砾在不锈钢表面所 形成的挤出唇或翻皮的去除即不锈钢表面材料发生 迁移产生磨损失重． 图7是不同材料的硬度对砂浆冲蚀磨损冲蚀率 的影响．可以看出在低角度冲蚀硬度与冲蚀率关 系密切硬度越高冲蚀率越低．这与冲蚀磨损的形 唇、显微切削、犁削和刺入等机理密切相关因为这 些机理都受材料硬度的强烈影响．所以在选材时 提高材料的硬度可以极大地提高受砂浆冲蚀磨损 的零部件的耐磨性． 图7 材料的硬度对冲蚀磨损性能的影响 Fig．7 Effect of hardness value on the erosion properties 3 结论 （1） 在等离子束表面熔覆过程中选择恰当的工 艺参数能够得到与基体呈冶金结合的镍基合金涂 层． （2） 熔覆层的高硬度归功于覆层中的组织细化 和合金层中弥散析出的金属碳化物和硼化物所造成 的沉淀强化． （3） 在砂浆冲蚀的作用下镍基奥氏体基体的 固溶强化和大尺寸硬质相有效抵御砂砾的冲击是 Ni 基等离子熔覆合金层具有高抗冲蚀性能的主要 原因． （4） 材料的冲蚀磨损性能受到材料基本力学性 能的控制高硬度涂层的抗冲蚀性能较好材料的硬 度与冲蚀磨损性能的关系密切． 参 考 文 献 ［1］ 陈茜鲍崇高．液／固两相流冲蚀磨损机理及材料应用现状． 铸造技术200526（6）：548 ［2］ 侯清宇高甲生．Co—Cr—W 系等离子弧堆焊合金层显微结构 的研究．稀有金属材料与工程200433（11）：1199 ［3］ 董丽虹朱胜徐滨士等．耐磨损耐腐蚀粉末等离子弧堆焊 技术的研究进展．焊接2004（7）：6 ［4］ 王晓峰单平王惜宝等．等离子弧堆焊 TiB2—金属陶瓷涂 层的组织及性能．焊接学报200526（7）：33 ［5］ 李敏李惠东李惠琪等．等离子体表面改性技术的发展． 金属热处理200429（7）：5 ［6］ Lynn R SWong K KClark H M．On the particle size effect in slurry erosion．Wear1991149：55 ［7］ Clark H MHartwich R B．A re-examination of the‘particle size effect’in slurry erosion．Wear2001248（1／2）：147 ［8］ 姜胜利郑玉贵姚治铭．不同砂粒粒径多相流中 CrMnB 堆 焊层的损伤行为．材料保护200437（10）：12 第10期 刘胜林等： 等离子熔覆镍基合金的组织及其冲蚀磨损性能 ·1003·