高钒半高速钢合金熔覆层回火态显微组织和性能

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.05.004

摘要/Abstract

摘要：

为了满足对轧辊表面快速修复的需求，采用激光熔覆技术，将自主设计并制备的高钒半高速钢合金粉末熔覆到轧辊合金钢表面，考虑到锻钢轧辊和激光熔覆层组织之间的差异性，为了稳定组织，对熔覆层进行回火处理，回火温度为500 ℃并保温2 h.结果表明，熔覆层的相组成主要是马氏体；其表面主要是细小等轴晶，晶内马氏体呈针状平行分布，回火后分解为铁素体和碳化物；其横截面的平均硬度为663.4 HV，是基体硬度的1.8倍；熔覆层平均摩擦系数为0.708，磨损率为6.142×10^-6 mm³·N^-1·m^-1，磨损性能较基体提高25倍，磨损形貌较好，与磨损量结果保持一致.

关键词: 激光熔覆, 回火, 半高速钢, 显微组织, 磨损性能

Abstract:

In order to meet the demand for rapid repair of roll surface， laser cladding technology was used to clad the self?designed and prepared high vanadium semi high speed steel alloy powder on the surface of roll alloy steel. Considering the difference between the structures of forged steel roll and laser cladding layer， in order to stabilize the structure， the cladding layer was tempered with 500 ℃ and 2 h. The results show that the phase composition of the cladding layer is mainly martensite. The surface of the cladding layer is mainly fine equiaxed crystal， and the intragranular martensite is distributed in parallel in needle shape，which is decomposed into ferrite and carbide after tempering. The average hardness of the cross?section of the cladding layer is 663.4 HV， 1.8 times that of the substrate. The average friction coefficient of the cladding layer is 0.708， the wear rate is 6.142×10^-6 mm³·N^-1·m^-1， the wear performance is 25 times higher than that of the substrate， and the wear morphology is good， in accordance with the wear amount results.

Key words: laser cladding, tempering, semi high speed steel, microstructure, wear resistance

中图分类号:

TG 142.1

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图/表 12

表1 轧辊合金钢及高钒半高速钢合金粉末化学成分（质量分数） (（mass fraction） %)

Table 1 The composition of roller alloy steel and high vanadium semi high speed steel alloy powder

材料	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V	Fe
基体	0.74	0.70~0.90	0.25~0.45	5.00~5.50	0.25	0.96	0.40	余量
半高速钢合金粉末	0.74	—	—	—	—	—	1.60	余量

图1 合金粉末形貌和激光熔覆示意图（a）—合金粉末形貌；（b）—激光熔覆示意图.

Fig.1 Alloy powder morphology and schematic diagram of laser cladding

图2 回火前后熔覆层截面的金相显微组织（a）—回火前；（b）—回火后.

Fig.2 Metallographic microstructure of the cladding layer in cross section before and after tempering

图3 回火前后熔覆层的显微组织（a）—熔覆层回火前；（b）—图a局部放大；（c）—图b局部放大；（d）—熔覆层回火后；（e）—图d局部放大；（f）—图e局部放大.

Fig.3 Microstructure of cladding layer before and after tempering

图4 回火前后熔覆层的X射线衍射谱

Fig.4 X‐ray diffraction pattern of cladding layer before and after tempering

图5 深度腐蚀后熔覆层网状碳化物显微组织（a）—深度腐蚀后的网状碳化物；（b）—图a局部放大；（c）—图b局部放大.

Fig.5 Microstructure of network carbide after deep corrosion of cladding layer

表2 图5c中碳化物分析结果（质量分数） (%)

Table 2 Analysis results of carbides in figure 5c （mass fraction）

点	C	Fe	V	Cr	Mo	Si
1	21.60	48.54	6.73	8.95	13.72	0.47
2	24.80	33.20	4.34	15.88	21.37	0.41
3	2.59	85.66	0.55	4.54	3.34	0.33

图6 图5c的元素分布

Fig.6 Element distribution diagram correspanding to figure 5c

图7 回火前后熔覆层横截面平均硬度变化曲线

Fig.7 Average hardness change curves of cladding layer before and after tempering

图8 基体和熔覆层摩擦磨损实验结果（a）—摩擦系数；（b）—磨损率.

Fig.8 Friction and wear test results of laser cladding layer and substrate

表3 激光熔覆层摩擦磨损实验结果

Table 3 Friction and wear test results of laser cladding layer

样品	磨痕宽度/mm	磨损体积/mm³	磨损率/（mm³·N^-1·m^-1）	最大摩擦系数
基体	1.865	1.112 89	154.567×10^-6	0.783
熔覆层	0.656	0.044 42	6.142×10^-6	0.708

图9 熔覆层和基体的磨损形貌（a）—熔覆层；（b）—基体.

Fig.9 Wear morphology of cladding layer and substrate

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