稀土对高铬高碳堆焊层耐磨性能影响

堆焊是一种用于金属的熔焊方法，通常熔覆在材料表面一层或者多层起到一定的作用，从而提高工件的性能。碳弧堆焊电极堆焊方法一般采用石墨或碳棒作为电极，由于电极材料热输入量很大，表面合金粉末可以熔化，并且电极在燃烧过程中产生大量的CO2，隔绝空气，起到保护熔池的作用。具有使用方便灵活等特点。该工艺与手工电弧焊相比，能获得更大的合金含量，得到的堆焊层硬度耐磨性更高，在工矿业中有着广泛的应用。

稀土元素能起到细化组织、减少夹杂 ，合理的利用稀土的作用性能，来提高钢的硬度和耐磨性等，同时能改善焊接性能及组织结构以获得优良的综合性能。而在耐磨堆焊材料中稀土元素的作用以及作用规律却研究较少。本文以高铬铁基耐磨合金为基础，研究了稀土元素（Ce）对堆焊组织及性能的影响规律，从而获得一定参考数据。

1  试样制备与实验方法

1.1  堆焊粉块制备及堆焊方法

合金原料组成成分如表1所示。

表1  原料组成成分表(wt.%)

实验合金粉末Cr和C的质量分数分别为18%和3%，以稀土（Ce）质量分数分别为0%、1%、2%和4%的条件下制备堆焊样品。按照表中数据称量粉末，添加适量水玻璃混合均匀。将混合均匀的合金粉末用压样机压制成型，阴干后，放入鼓风干燥箱中，该合金粉块是在120℃下干燥得到的。焊机采用交BX3-300，连接方式直流，堆焊基板为Q235钢板。具体工艺参数见表2。

表2  堆焊参数

1.2  性能测试

硬度测试：硬度采用HR-150A硬度计。

耐磨性测试：磨料磨损采用销盘型回转式实验机ML-10，砂纸为180目水磨砂纸，转速度为60r/min，旋转直径为70-220mm，径向进给量为1mm/r，载荷为10N，磨损时间为15min，磨损失重采用外分之一电子天平称量。

2  实验结果与分析

不同分布的堆焊层的显微组织会引起硬度的变化，堆焊层的硬度随稀土的质量分数曲线如图1所示。如图1（a）和图1（b）所示，随着稀土质量分数的增加，堆焊层的平均硬度增加，磨损减小。当稀土质量分数从0％调整到2％时，堆焊层的硬度从HRC55显着提高到HRC 3。当稀土质量分数从2％增加到4％时，堆焊层硬度没有继续增加，反而略有下降。随着稀土质量分数的增加，失重先下降，然后变化不大。从上面可以看出，稀土元素可以增加堆焊层结构的硬度和耐磨性，但是稀土元素的量与硬度和耐磨性并不成正比，并且还涉及到性价比问题，稀土的加入量不宜过多，应加入合适的量，发挥最大的作用，使得堆焊层有很好的耐磨性。

稀土加入量不同条件下的磨损形貌随如图2所示。不加稀土磨损后表面形貌如图2（a）所示，可以看出有大量的深度犁沟磨损。当含量为1％时如图2（b），面磨损与不加稀土样品的大大减少，但仍有很多浅沟。当稀土含量为2％时如图2（c），堆焊层磨损表面凹槽最浅，但当稀土加入量增加至为4％时，图2（d）划痕有再次增加，这与磨损失重测试结果一致，这说明堆焊合金中稀土含量不宜过多。

3  结语

随着稀土质量分数的增加，堆焊层的平均硬度增加，磨损量呈下降趋势。当稀土质量分数从0％调整到2％时，堆焊层的硬度从HRC55显着提高到HRC63。当稀土质量分数从2％增加到4％时，堆焊层硬度不继续增加，但略有下降。随着稀土质量分数的增加，失重先下降，然后变化不大。