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第5期 张丽民等：等离子熔覆铁基涂层组织结构及热影响区特点 .493 粒比较粗大，并出现了魏氏组织，这就可能会引起热 三个区域：过热区、完全相变区和不完全相变区， 影响区不同程度的脆化现象).因此可以将等离子 (③)热影响区的硬度比基体的硬度有所提高， 熔覆热影响区的脆化现象分为两类一粗晶脆化和 在完全相变区，为均匀细小的铁素体和珠光体组织， 组织脆化，这两类脆化主要发生在过热区， 并可能存在马氏体一铁素体的特殊组织或少量的贝 (1)粗晶脆化，在熔覆过程中基体的各部位受 氏体组织，从而使硬度达到最高， 热的影响程度不同，过热区接受等离子束能量多，晶 (4)热影响区靠近熔覆层的区域出现粗晶魏氏 粒发生严重长大，脆性转变温度升高，脆性增加，等 体组织，有可能导致热影响区产生脆化现象， 离子熔覆热影响区的晶粒粗化和一般的单纯晶粒长 参考文献 大是不同的，它是在化学成分、组织状态不均匀的非 平衡条件下完成的，故脆化的程度更为严重，但对 [1]田丰，赵程，彭红瑞，等.金凤材料表面熔覆方法的研究进 展.青岛化工学院学报，2002,23(3)：50 不同的钢种，粗晶脆化的机制有所侧重：对于淬硬倾 [2]潘邻，高万振，潘春旭，等，激光熔覆层与等离子喷焊层凝固 向较小的钢，如该实验中的l6Mn,主要是晶粒长大 组织对比及界面特征.材料热处理学报，2005,27(3)：104 所致；对于易淬火钢，主要是产生的易脆组织所致， [3]Yan M.Zhu W Z.Surface remelting of Ni-Cr B Si cladding (2)组织脆化，对于低碳低合金高强度钢，组 with a micro-beam plasma arc.Surf Coat Technol,1997.92: 织脆化主要是由快冷的过程中形成的一些易脆组织 157 引起的，如M一A组元、上贝氏体、粗大的魏氏体组 [4]Zhao C.Tian F,Peng H R,et al.Nontransferred arc plasma cladding of Stellite Ni60 alloy on steel.Surf Coat Technol.2002. 织等，在该实验中为16Mn钢过热区出现的粗大魏 155:80 氏体组织，容易导致组织脆化， [5]刘邦武，李惠琪，张丽民，等.等离子束表面冶金过程研究 材料导报，2004,18(10)：192 4 结论 [6]尹延西，王华明.激光熔覆Cu./CrsSis金属硅化物复合涂层 (1)在熔覆层中，其物相主要为奥氏体y一 组织及耐磨性的研究.摩擦学学报，2006,26(3)：214 [7]张文钺，焊接冶金学，北京：机械工业出版社，1993 FeNi(Cr,Si)和碳化物(Cr,Fe)7(C,B)3及(Cr, [8]常国威，王建中.金属凝固过程中的晶体生长与控制北京： Fe)3(C,B)z,微观形貌上表现为树枝状奥氏体晶粒 冶金工业出版社，2002 上分布着块状的碳化物 [9]杜则裕.工程焊接治金学.北京：机械工业出版社，1993 (2)等离子熔覆铁基涂层的热影响区可以分为 Microstructure of the Fe-based coating by plasma cladding and characteristics of its heat-affected zone ZHA NG Limin,SUN Dongbai,LI Huiqi,LIU Bangwu) 1)Beijing Corrosion and Protection Center.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Department of Materials Science and Engineering.Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266510.China ABSTRACI With plasma as heat source,Fe-based alloy pow der was cladded on the surface of 16Mn steel and the microstructure and phases of the clad coating were analyzed.The thermal cycle characteristics of plasma cladding and the cladding process were discussed.The heat-affected zone was studied and divided into three zones,i.e.,overheated zone,perfect phase transformation zone and imperfect phase transformation zone.In the overheated zone,the microstructure was coarse,Widmanstaten structure generated and the hardness fell dow n.In the perfect phase transformation zone,the microstructure was refined,and hardness was higher.In the imperfect phase transformation zone,part phase transformation generated,and the microstructure was non- homogeneous.The Widmanstaten structure in the overheated zone made the heat-affected zone brittle. KEY WORDS 16Mn steel:plasma cladding:coating;heat-affected zone;microstructure粒比较粗大并出现了魏氏组织这就可能会引起热 影响区不同程度的脆化现象［9］．因此可以将等离子 熔覆热影响区的脆化现象分为两类———粗晶脆化和 组织脆化这两类脆化主要发生在过热区． （1） 粗晶脆化．在熔覆过程中基体的各部位受 热的影响程度不同过热区接受等离子束能量多晶 粒发生严重长大脆性转变温度升高脆性增加．等 离子熔覆热影响区的晶粒粗化和一般的单纯晶粒长 大是不同的它是在化学成分、组织状态不均匀的非 平衡条件下完成的故脆化的程度更为严重．但对 不同的钢种粗晶脆化的机制有所侧重：对于淬硬倾 向较小的钢如该实验中的16Mn主要是晶粒长大 所致；对于易淬火钢主要是产生的易脆组织所致． （2） 组织脆化．对于低碳低合金高强度钢组 织脆化主要是由快冷的过程中形成的一些易脆组织 引起的如 M—A 组元、上贝氏体、粗大的魏氏体组 织等．在该实验中为16Mn 钢过热区出现的粗大魏 氏体组织容易导致组织脆化． 4 结论 （1） 在熔覆层中其物相主要为奥氏体 γ— FeNi（CrSi）和 碳 化 物 （CrFe）7（CB）3 及 （Cr Fe）3（CB）2微观形貌上表现为树枝状奥氏体晶粒 上分布着块状的碳化物． （2） 等离子熔覆铁基涂层的热影响区可以分为 三个区域：过热区、完全相变区和不完全相变区． （3） 热影响区的硬度比基体的硬度有所提高 在完全相变区为均匀细小的铁素体和珠光体组织 并可能存在马氏体—铁素体的特殊组织或少量的贝 氏体组织从而使硬度达到最高． （4） 热影响区靠近熔覆层的区域出现粗晶魏氏 体组织有可能导致热影响区产生脆化现象． 参 考 文 献 ［1］ 田丰赵程彭红瑞等．金属材料表面熔覆方法的研究进 展．青岛化工学院学报200223（3）：50 ［2］ 潘邻高万振潘春旭等．激光熔覆层与等离子喷焊层凝固 组织对比及界面特征．材料热处理学报200527（3）：104 ［3］ Yan MZhu W Z．Surface remelting of Ni—Cr—B—Si cladding with a micro-beam plasma arc．Surf Coat Technol199792： 157 ［4］ Zhao CTian FPeng H Ret al．Non-transferred arc plasma cladding of Stellite Ni60alloy on steel．Surf Coat Technol2002 155：80 ［5］ 刘邦武李惠琪张丽民等．等离子束表面冶金过程研究． 材料导报200418（10）：192 ［6］ 尹延西王华明．激光熔覆 Cuss／Cr5Si3 金属硅化物复合涂层 组织及耐磨性的研究．摩擦学学报200626（3）：214 ［7］ 张文钺．焊接冶金学．北京：机械工业出版社1993 ［8］ 常国威王建中．金属凝固过程中的晶体生长与控制．北京： 冶金工业出版社2002 ［9］ 杜则裕．工程焊接冶金学．北京：机械工业出版社1993 Microstructure of the Fe-based coating by plasma cladding and characteristics of its heat-affected zone ZHA NG L imin 1）SUN Dongbai 1）LI Huiqi 2）LIU Bangw u 1） 1） Beijing Corrosion and Protection CenterUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Department of Materials Science and EngineeringShandong University of Science and TechnologyQingdao266510China ABSTRACT With plasma as heat sourceFe-based alloy powder was cladded on the surface of 16Mn steel and the microstructure and phases of the clad coating were analyzed．The thermal cycle characteristics of plasma cladding and the cladding process were discussed．The heat—affected zone was studied and divided into three zonesi．e．overheated zoneperfect phase transformation zone and imperfect phase transformation zone．In the overheated zonethe microstructure was coarseWidmanstaten structure generated and the hardness fell down．In the perfect phase transformation zonethe microstructure was refinedand hardness was higher．In the imperfect phase transformation zonepart phase transformation generatedand the microstructure was nonhomogeneous．The Widmanstaten structure in the overheated zone made the heat-affected zone brittle． KEY WORDS 16Mn steel；plasma cladding；coating；heat-affected zone；microstructure 第5期 张丽民等： 等离子熔覆铁基涂层组织结构及热影响区特点 ·493·