2合金粉末喷焊技术的进展
喷焊防护技术是随着低熔点粉末材料的研制成功而在喷涂和堆焊基础上发展起来的一种金属表面保护技术。由于喷层经历重熔过程,涂层致密无孔,表面光滑平整,具有节约材料、质量好、效率高的优点,喷焊层表面硬度可高达ＨＲＣ60～70,可以几倍甚至十几倍的延长水泵过流部件的使用寿命。
21喷焊合金粉末材料的优化
211优化要点为了保证喷焊层的质量,防止工件变形和涂层裂纹的产生,涂层材料研究优化的技术路线为:(1)通过配比优化,改变硬化相的颗粒尺寸、数量及结晶晶粒度的大小,以获得合理的组织结构形态及分布状态。(2)根据水泵汽蚀、磨蚀的特点,有针对性地调整材料的性能指标,既保证材料优异的抗磨蚀性,又可最大限度地抑制或减少裂纹的产生,提高可焊性。(3)确定合理的技术参数和工艺参数,改善涂层使用条件下的拘束状态。
212合金粉末的基本成分和配比根据水泵抗磨蚀的基本要求,我们对喷焊用合金粉末进行了大量筛选并优化。主要优化出Ｆｅ基、Ｎｉ-Ｃｒ基和ＷＣ系列的材料,其主要成分和配比如表1中所示。
213合金粉末的优化选择选择使用何种粉末材料,是根据水泵工作状况、喷焊工艺及经济性来决定的。值得注意的是,喷焊层的耐磨蚀性和其宏观硬度(ＨＲＣ或ＨＢ)并不成线性比例,而是和其显微硬度(ＨＶ)成正比例,故而选择焊层时不应过分强调其宏观硬度的高低,这一点已在大量耐磨蚀性能对比试验中获得证实。对水泵抗汽蚀、抗磨损合金粉末选择一般应满足下列原则[4]:(1)对中小型水泵的叶片和叶轮室,处理较轻微的汽蚀损坏或泥沙磨损件可用Ｆｅ30、Ｆｅ280、Ｆｅ250等进行喷涂处理。修复水泵的铸件铸造缺陷或损坏,可选用喷焊性能和韧性及加工性能较好的Ｎｉ25、Ｎｉ20,用这种喷焊法代替焊接工艺,可避免铸铁在热影响区内形成Ｆｅ3Ｃ脆性相,防止焊层开裂。(2)对于中等磨损并要求较好抗汽蚀性能的使用条件,可考虑选用Ｎｉ35喷焊。它对基体金属适应性强,不致引起开裂,喷焊层富有韧性,可车削加工。对于汽蚀侵蚀或泥沙磨损严重的水泵叶片、叶轮室可选用Ｎｉ55或Ｎｉ60,它们具有很高的硬度、韧性和抗冲击能力及良好的抗汽蚀、抗磨损性能。(3)对要求在常温下承受强烈磨损和侵蚀而工作表面要求不高的水泵,可采取廉价的Ｆｅ60、Ｆｅ-ＷＣ25合金粉末,喷焊后无需加工可直接使用。(4)对于高应力磨粒磨损或冲刷磨损以及严重汽蚀侵蚀和要求严格的使用工况,可选用含ＷＣ的Ｆｅ-ＷＣ35,Ｎｉ-ＷＣ25、Ｎｉ-ＷＣ35合金粉末进行喷焊。
22喷焊加工关键技术高硬质抗汽蚀、磨蚀材料在加工过程中,必须重点解决喷焊所引起的工件变形和喷层裂纹问题[5]。变形和裂纹的主要原因有:(1)在加工过程中的高温引起了内应力的产生,这种内应力随着喷层厚度的增加而叠加。(2)涂层金属凝固结晶时,由于低熔点共晶体的大量存在形成金属偏析,给裂纹的生成创造了条件。加之硬质相合金结晶时引起的晶粒粗大及晶界脆化使材料韧性大大降低,裂纹一旦产生极易扩展。(3)涂层和基体热物理性能的差异,特别是所选用的粉末与金属基体膨胀系数相差较大时,会导致冷却过程中基体金属出现较大的相变和层间应力,导致变形和涂层开裂。(4)材料加工过程中环境拘束度的影响,例如周围的空气温度和湿度的大小,操作人员的熟练水平,施喷的速度快慢、喷敷和重熔的温度高低以及预热、加温和冷却的速度等因素都直接影响到喷层的质量和变形裂纹的产生。
