D0I:10.13374/i.i8sn1001t53.2010.06.014 第32卷第6期 北京科技大学学报 Vol 32 No 6 2010年6月 Journal of Un iversity of Science and Techno logy Beijing Jun 2010 等离子熔覆FeN基合金导辊组织结构及失效分析 张丽民)刘均波2)孙冬柏)王书明) 1)北京有色金属研究总院国家有色金属及电子材料分析测试中心，北京1000882)潍坊学院机电工程学院，潍坊261061 3)北京科技大学腐蚀与防护中心，北京100083 摘要采用等离子熔覆技术将FeV基高温耐磨合金粉末熔覆到45圆钢上，制备了FeN基合金导辊.采用扫描电子显 微镜、能谱仪、X射线衍射仪研究了Fe-N基合金涂层的组织结构和FeN基合金导辊的表面失效情况.结果表明：FeN基 高温耐磨涂层组织形态良好，由涂层与基体的结合界面处到涂层的上部其组织由平面晶向树枝晶转变：Y~(F。N)的含量在 涂层中按底部一中部一上部的方向依次降低，而(CrFε)，Ca的分布正好相反；FeN基合金导辊的失效机制为热疲劳开裂和 磨粒磨损 关键词FeN基合金：导辊；等离子熔覆；组织结构；失效 分类号TG174.442 M icrostructure and failure analysis of FeNi based alloy rollers produced by plas a cladding ZHANG Lim in),LIU Juno,SUN Donga,WANG Shum ing) 1)National Center of Analysis and Testing for Non-fermus Metals Electronic Materials General Research Institute for Nonferrous Metals Beijing 100088 China 2)College of Mechanical and Ekctrical Weifang University Weifing 261061.China 3)Cormsion and Protection Center University of Science and Technolgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT FeNi based high tempemture wearresistant powder was cladded on 45"round steel to obtain an FeNibased alloy moller by plasa cladding Scanning electric m icroscope energy spectrmeter and X-ray diffractmeterwere adopted to study the m icrostmuc- ture of the FeNi based alloy coating and the failure surface of the FeNi based alloy roller It is shown that the morpholgy of the Fe- Ni based high-temperature wearresistant coating is well and the mophology is planar crystal at the coating"substrate bonding while the morphology becomes dendrite at the m iddle and the top of the coating The y(Fe Ni)content reduces follow ing the bottan m idle-top oner in the coatng but the(Cr Fe)7Cs is just the opposite The failure mechanism of the FeNi based alloy moller is themal fatigue cracking and grain wear KEY W ORDS FeNi based alloy:rolleg plasma cladding m icmostructures failure 导卫装置是线材轧机的重要组成部分，众多的 大大制约了线材的生产效率，并且价格较高. 产品质量问题和设备、人身事故都与导卫装置有密 等离子熔覆技术是近几年发展起来的表面厚涂 切的联系，导辊是导卫装置的关键部件，也是消耗 层技术，所获得的涂层可与基体材料达到冶金结 大、更换频繁的部件，热轧中发生在导辊周围的传 合B).目前，等离子熔覆技术已经成功地应用到矿 热过程是一个非常复杂的过程，包括轧件与导辊之 山机械上，但在钢铁行业上的应用鲜有报道，本文 间的接触传热、热辐射和冷却水的对流散热1-).目 采用等离子熔覆技术制备了等离子熔覆合金导辊， 前，常用的导辊为高铬铸钢导辊，其使用寿命为8h 并进行了工况现场试验，对等离子熔覆Fe-N基涂 收稿日期：2009-09-21 作者简介：张丽民(1979)女，工程师，博士，Email hanglin inzh@163cm第 32卷 第 6期 2010年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．6 Ｊｕｎ．2010 等离子熔覆 Ｆｅ--Ｎｉ基合金导辊组织结构及失效分析 张丽民 1） 刘均波 2） 孙冬柏 3） 王书明 1） 1） 北京有色金属研究总院国家有色金属及电子材料分析测试中心‚北京 100088 2） 潍坊学院机电工程学院‚潍坊 261061 3） 北京科技大学腐蚀与防护中心‚北京 100083 摘 要 采用等离子熔覆技术将 Ｆｅ--Ｎｉ基高温耐磨合金粉末熔覆到 45 ＃圆钢上‚制备了 Ｆｅ--Ｎｉ基合金导辊．采用扫描电子显 微镜、能谱仪、Ｘ射线衍射仪研究了 Ｆｅ--Ｎｉ基合金涂层的组织结构和 Ｆｅ--Ｎｉ基合金导辊的表面失效情况．结果表明：Ｆｅ--Ｎｉ基 高温耐磨涂层组织形态良好‚由涂层与基体的结合界面处到涂层的上部其组织由平面晶向树枝晶转变；γ--（Ｆｅ‚Ｎｉ）的含量在 涂层中按底部—中部—上部的方向依次降低‚而 （Ｃｒ‚Ｆｅ）7Ｃ3的分布正好相反；Ｆｅ--Ｎｉ基合金导辊的失效机制为热疲劳开裂和 磨粒磨损． 关键词 Ｆｅ--Ｎｉ基合金；导辊；等离子熔覆；组织结构；失效 分类号 ＴＧ174．442 ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｅ-Ｎｉｂａｓｅｄａｌｌｏｙｒｏｌｌｅｒｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙ ｐｌａｓｍａｃｌａｄｄｉｎｇ ＺＨＡＮＧＬｉ-ｍｉｎ 1）‚ＬＩＵＪｕｎ-ｂｏ 2）‚ＳＵＮＤｏｎｇ-ｂａｉ 3）‚ＷＡＮＧＳｈｕ-ｍｉｎｇ 1） 1） ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｏｆＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｅｓｔｉｎｇｆｏｒＮｏｎ-ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓ＆ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ‚ＧｅｎｅｒａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ 100088‚Ｃｈｉｎａ 2） ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ‚ＷｅｉｆａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ‚Ｗｅｉｆａｎｇ261061‚Ｃｈｉｎａ 3） ＣｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｆｅ-Ｎｉｂａｓｅｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅａｒ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｏｗｄｅｒｗａｓｃｌａｄｄｅｄｏｎ45 ＃ｒｏｕｎｄｓｔｅｅｌｔｏｏｂｔａｉｎａｎＦｅ-Ｎｉｂａｓｅｄａｌｌｏｙｒｏｌｌｅｒ ｂｙｐｌａｓｍａｃｌａｄｄｉｎｇ．Ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ‚ｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒａｎｄＸ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒｗｅｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ- ｔｕｒｅｏｆｔｈｅＦｅ-ＮｉｂａｓｅｄａｌｌｏｙｃｏａｔｉｎｇａｎｄｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅＦｅ-Ｎｉｂａｓｅｄａｌｌｏｙｒｏｌｌｅｒ．ＩｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＦｅ- Ｎｉｂａｓｅｄｈｉｇｈ-ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅａｒ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔｃｏａｔｉｎｇｉｓｗｅｌｌａｎｄｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｉｓｐｌａｎａｒｃｒｙｓｔａｌａｔｔｈｅｃｏａｔｉｎｇ-ｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｏｎｄｉｎｇ‚ｗｈｉｌｅｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｂｅｃｏｍｅｓｄｅｎｄｒｉｔｅａｔｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｎｄｔｈｅｔｏｐｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇ．Ｔｈｅγ-（Ｆｅ‚Ｎｉ） ｃｏｎｔｅｎｔｒｅｄｕｃｅｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅｂｏｔｔｏｍ-ｍｉｄｄｌｅ-ｔｏｐ ｏｒｄｅｒｉｎｔｈｅｃｏａｔｉｎｇ‚ｂｕｔｔｈｅ（Ｃｒ‚Ｆｅ）7Ｃ3ｉｓｊｕｓｔｔｈｅｏｐｐｏｓｉｔｅ．ＴｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅＦｅ-Ｎｉｂａｓｅｄａｌｌｏｙｒｏｌｌｅｒｉｓｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅ ｃｒａｃｋｉｎｇａｎｄｇｒａｉｎｗｅａｒ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｆｅ-Ｎｉｂａｓｅｄａｌｌｏｙ；ｒｏｌｌｅｒ；ｐｌａｓｍａｃｌａｄｄｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｆａｉｌｕｒｅ 收稿日期：2009--09--21 作者简介：张丽民 （1979— ）‚女‚工程师‚博士‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｌｉｍｉｎｚｌｍ＠163．ｃｏｍ 导卫装置是线材轧机的重要组成部分‚众多的 产品质量问题和设备、人身事故都与导卫装置有密 切的联系．导辊是导卫装置的关键部件‚也是消耗 大、更换频繁的部件．热轧中发生在导辊周围的传 热过程是一个非常复杂的过程‚包括轧件与导辊之 间的接触传热、热辐射和冷却水的对流散热 ［1--2］．目 前‚常用的导辊为高铬铸钢导辊‚其使用寿命为 8ｈ‚ 大大制约了线材的生产效率‚并且价格较高． 等离子熔覆技术是近几年发展起来的表面厚涂 层技术‚所获得的涂层可与基体材料达到冶金结 合 ［3--5］．目前‚等离子熔覆技术已经成功地应用到矿 山机械上‚但在钢铁行业上的应用鲜有报道．本文 采用等离子熔覆技术制备了等离子熔覆合金导辊‚ 并进行了工况现场试验‚对等离子熔覆 Ｆｅ--Ｎｉ基涂 DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．06．014