Cr26高鉻鑄鐵真空釬焊接頭焊縫組織分析

賀亞勛， 趙 彬， 李俊魁， 盧金斌

(中原工學院， 鄭州 450007)

Cr26高鉻鑄鐵真空釬焊接頭焊縫組織分析

賀亞勛， 趙 彬， 李俊魁， 盧金斌

(中原工學院， 鄭州 450007)

渣漿泵過流部件通常采用Cr26高鉻鑄鐵制成，因工作時漿料的腐蝕和沖刷易導致過早失效。為了修復失效的渣漿泵過流部件，采用Ni-Cr-B-Si釬料，在1 040 ℃保溫5 min，對Cr26高鉻鑄鐵進行真空釬焊實驗。利用金相顯微鏡、維氏顯微硬度儀測試分析了Cr26高鉻鑄鐵和釬料界面之間的微觀組織、顯微硬度。結果表明:Ni-Cr合金與高鉻鑄鐵界面處發(fā)生冶金結合，界面處Ni、Fe發(fā)生互擴散，并形成了γ-Ni固溶體，焊縫中有分布不均勻的Cr7C3生成。

釬焊； 高鉻鑄鐵；Ni-Cr-B-Si；顯微硬度

渣漿泵廣泛應用于煤炭、礦山、冶金、電力、水利等重要基礎部門。在輸送泥漿、灰渣和礦漿等固液混合物料的過程中,過流部件承受大量高硬顆粒漿料的沖擊磨損, 同時又受到酸堿性介質的腐蝕,使其使用壽命縮短[1-2]。其失效類型主要有磨料磨蝕、腐蝕磨損、開裂[3]。磨損可采取堆焊、熔覆的方法進行修復[4-5]，開裂可以采取釬焊的辦法進行修復[6]。目前國內外渣漿泵過流部件主要選用硬度高、耐磨性好的硬鎳類、高鉻鑄鐵類、陶瓷涂層類材料[7]，其中高鉻鑄鐵作為第三代耐磨材料應用最為廣泛。本文以代表性的Cr26高鉻鑄鐵作為研究對象，對其進行釬焊修復。由于Cr26高鉻鑄鐵含有較多的碳化物，表面容易形成鉻的氧化膜，具有很高的界面能，致使Cr26高鉻鑄鐵不能被一般合金所浸潤?？紤]到Cr26高鉻鑄鐵基體含有較多的碳化物以及易被氧化，選擇在真空爐中進行釬焊。真空爐中降溫速度慢，可以避免熔化焊因過快冷卻而開裂。另外，Ni基釬料對鋼基體和碳化物具有良好的潤濕性，Ni基塑性較好，可以減少熱應力，故選擇Ni-Cr-B-Si 釬料。

1 實 驗

1.1 實驗材料

實驗基材選用高鉻鑄鐵Cr26，其化學成分如表1所示，試樣尺寸為20 mm×40 mm×5 mm,表面除油除銹。釬料為Ni-Cr-B-Si合金粉末，其化學成分如表1所示。

1.2 真空釬焊工藝

在ZGS-40真空高溫釬焊爐中進行釬焊實驗。具體工藝過程為：釬焊前對高鉻鑄鐵基材進行打磨，去除氧化層，用丙酮清洗，浸泡在丙酮中用超聲波清洗5 min，吹干。在基體之間均勻放置厚度約1 mm的Ni-Cr-B-Si釬料。將試樣放入真空爐內，釬焊溫度為1 040 ℃，保溫5 min，真空度高于2×10-2Pa，隨爐冷卻至室溫取出[8]。

表1 Cr26與釬料Ni-Cr-B-Si的化學成分 wt%

1.3 釬焊層分析測試方法

垂直于釬焊層截取金相試樣，分別在MM-6型金相顯微鏡下觀察其組織；采用HXD-1000TC型顯微硬度計測試其顯微硬度，加載300 g，保持5 s。

2 實驗結果與分析

2.1 基體和焊縫組織分析

圖1(a)為Cr26高鉻鑄鐵的微觀組織，在馬氏體基體上形成均勻的初生相六邊形Cr7C3和片狀的共晶Cr7C3。初生碳化物Cr7C3為六方棱柱體，共晶形成的碳化物為團絮狀，如圖1(b)所示。從圖中可以看出，六方晶體心部存在著顯微空洞。空洞內充滿金屬，金屬組織可能為奧氏體或奧氏體轉變產物。

(a)低倍形貌圖

(b)高倍形貌圖

Ni-Cr-B-Si合金釬料真空釬焊Cr26高鉻鑄鐵的焊縫顯微組織如圖2所示，圖2(a)中上下為Cr26高鉻鑄鐵，中間部分為焊縫?？梢钥闯?，釬料對Cr26有良好的潤濕性，形成了明顯的界面。圖2(b)為放大400倍的中間焊縫顯微組織，從中可以看出焊縫有不同的物質生成，且物質形貌不同，有白色絮狀、片狀和六邊形狀。通過查閱其他文獻可初步確定這些物質為鉻的碳化物。圖中基體黑色物質可能為Fe的固溶體。

(a)基體與焊縫宏觀形貌

(b)焊縫的顯微組織

界面處的顯微組織如圖3所示，上半部分為焊縫，下半部分為Cr26高鉻鑄鐵。焊縫成分為γ-Ni固溶體，Cr26高鉻鑄鐵正是通過γ-Ni固溶體才實現(xiàn)了牢固結合。Cr26高鉻鑄鐵中白色片狀組織為Cr7C3，黑色部分為Fe的珠光體組織。由于Fe原子與Ni原子的互擴散，使得靠近Cr26高鉻鑄鐵的γ-Ni固溶體中有較多的Fe原子，從而在焊縫與Cr26高鉻鑄鐵的交界處形成了Fe、Ni的固溶體組織。

圖3 界面處的顯微組織

2.2 釬焊層硬度分析

焊縫的顯微硬度分布曲線如圖4所示。由圖4可知，焊縫厚度大約為1.0 mm，焊縫的硬度普遍比基體稍低，表明存在γ-Ni固溶體層及Fe、Ni固溶體層；但在焊縫中有一處硬度偏高，這可能是因為Cr7C3的生成。圖4顯示從Cr26高鉻鑄鐵到焊縫再到Cr26高鉻鑄鐵，材料硬度值變化不大，說明焊縫與基體的硬度值基本持平，保證了整個焊件的連接強度。這表明實驗獲得了預期的效果。

圖4 焊縫的顯微硬度分布

3 結 語

(1)選用Ni-Cr-B-Si合金釬料，在1 040 ℃保溫

5 min的條件下真空釬焊Cr26高鉻鑄鐵,實現(xiàn)Cr26高鉻鑄鐵間牢固連接，材料具有較高的結合強度。

(2)釬焊過程中，Cr26高鉻鑄鐵中的Fe與Ni發(fā)生互擴散，形成Fe與Ni的固溶體組織。

(3)焊縫有連續(xù)的γ-Ni固溶體和分布不均勻的Cr7C3生成。γ-Ni可以保證焊縫有足夠的連接強度，Cr7C3可以減小內應力，保證了釬焊效果。

[1] 羅先武,許洪元,王守棣,等.氧化鋁流程泵的高效設計和抗磨設計分析對比[J].流體機械,1998,26(10): 18-21.

[2] 李衛(wèi). 耐磨鋼鐵件的市場與生產[J].鑄造,2004,53(12):958-962.

[3] 楊秀秀,郭仁寧.渣漿泵磨損改善的有效途徑[J].煤礦機械，2007,28(9)：171-172.

[4] 劉云國.泥漿泵高鉻鑄鐵葉輪的失效分析及修復[J].有色設備，2005(5)：44-45.

[5] 彭竹琴, 盧金斌, 吳玉萍, 等. 鑄鐵表面等離子熔覆Fe-Cr-Si-B涂層的組織特征[J].材料熱處理學報, 2008,29(1): 124-127.

[6] 潘輝,孫計生,劉效方.渦輪發(fā)動機葉片釬焊修復研究[J].材料科學與工藝，1999,7(S1)：209-212.

[7] 江海燕,黃汝清,呂振林，等.渣漿泵過流部件的磨損及材質選擇[J].水利電力機械,2002,24(3):10-14.

[8] 趙彬，賀亞勛，盧金斌，等.添加Cu粉對Ni-Cr合金真空釬焊金剛石磨粒界面組織的影響[J].中原工學院學報，2014，25(3)：29-32.

(責任編輯：席艷君)

Microstructure Analysis of Cr26 High Chromium Cast Iron Vacuum Brazing Joints

HE Ya-xun, ZHAO Bin, LI Jun-kui， LU Jin-bin

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)

The flow passage components is usually made of Cr26 high chromium cast iron in slurry pump, and occurred the premature failure owing to the corrosion and erosion of slurry. The above failure part is repaired by the vacuum brazing using Ni-Cr-B-Si solder at 1 040 ℃ for 5 min. The microstructure and microhardness of the interface between solder and matrix are investigated by metalloscope and vickers microhardness respectively. The results show that the good metallurgical bonding can be obtained between Cr26 high chromium cast iron and solder due to the interdiffusion between Ni and Fe and the formation of γ-Ni solid solution at the interface. In addition, Cr7C3is uneven distribution in the brazed joint.

brazing; high chromium cast iron; Ni-Cr-B-Si; microhardness

2015-05-21

新型釬焊材料國家重點實驗室開發(fā)課題(SKLABFMT201003)；河南省省院科技合作項目(122106000051)

賀亞勛(1979- )，男，河南南樂人，碩士生。

1671-6906(2015)06-0045-03

TG454

A

10.3969/j.issn.1671-6906.2015.06.010