Effect of Rare Earth Element Y on Structure and Properties of Iron-Based Wear-Resistant Surfacing Layer

LIU Zhiyu; FENG Yuxuan; LIU Zhengjun; LIU Zheng; WANG Zhenyu

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2023.05.16

Welding Material | Views : 0 下载量: 790 CSCD: 0

PDF
Export
Share
Collection
Album

Effect of Rare Earth Element Y on Structure and Properties of Iron-Based Wear-Resistant Surfacing Layer
Vol. 53, Issue 5, Pages: 107-112(2023)
Received：22 October 2022，

Revised：2023-05-10，

Published：25 May 2023
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.05.16
稿件说明：

移动端阅览

刘治宇，冯宇轩，刘政军，等.稀土元素Y对铁基耐磨堆焊层组织和性能的影响［J］.电焊机，2023，53（5）：107-112. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.05.16.

LIU Zhiyu, FENG Yuxuan, LIU Zhengjun, et al.Effect of Rare Earth Element Y on Structure and Properties of Iron-Based Wear-Resistant Surfacing Layer[J].Electric Welding Machine, 2023, 53(5): 107-112. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.05.16.

摘要

通过改变稀土元素Y在高铬铸铁耐磨合金体系中的添加量，研究Y元素对堆焊层组织和性能的影响，从而使堆焊层组织发生良性转变，达到提高堆焊合金耐磨性的目的。采用药芯焊丝混合气体保护法明弧堆焊的方法在母材Q235钢表面制作堆焊合金，采用XRD、SEM对堆焊层进行微观组织观察及物相表征；通过洛氏硬度计、湿砂橡胶轮式磨损测试机进行宏观硬度测试、磨损性能测试，并观察磨损形貌，对堆焊层耐磨性进行评价。结果发现，堆焊层主要由奥氏体（γ-Fe）、铁素体（α-Fe）、M

（C，B）

、M

B相组成，添加适量的稀土元素Y后，可以使硬质相分布更加均匀，晶粒更加细小。随着Y元素添加量的提高，堆焊层的硬度、磨损量呈现先减小后增加的趋势。Y元素添加量为1.6%时，堆焊层硬度为67.5 HRC，较未添加时提高17.2 HRC；此时磨损量最小为0.864 g，磨损机制为磨粒磨损。

Abstract

The effect of rare earth element Y on the microstructure and properties of the surfacing layer is studied by changing the amount of Y element added in the high-chromium cast iron wear-resistant alloy system

thus the microstructure of the surfacing layer has a benign transformation

so as to improve the wear resistance of the surfacing alloy. The flux-cored wire mixed gas shielded open arc surfacing method is used to make surfacing alloy on the surface of base material Q235 steel

and XRD and SEM are used to observe the microstructure of the surfacing layer and characterize the phase; by Rockwell hardness tester

wet sand rubber wheel abrasion tester conducts macroscopic hardness test

abrasion performance test

and observes the abrasion morphology to evaluate the wear resistance of the surfacing layer. The results show that the surfacing layer is mainly composed of austenite (γ-Fe)

ferrite (α-Fe)

B phase

and adding an appropriate amount of Y element can make the hard phase distribution more uniform and the grains more fine. With the increase of the additive amount of Y element

the hardness and wear of the surfacing layer decrease first and then increase. When the additive amount of Y element is 1.6%

the hardness of the overlay layer reaches 67.5 HRC

which is 17.2 HRC higher than that without addition. The minimum wear amount is 0.864 g

and the wear mechanism is abrasive wear.

关键词

Keywords

references

黄智泉，贺定勇，刘仁培，等 . 堆焊技术发展及应用综述［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 4 ）： 56 - 62 .

HUANG Z Q ， HE D Y ， LIU R P ， et al . Overview of development and application of built-up welding technology ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 4 ）： 56 - 62 .

Gualco A ， Marini C ， Svoboda H ， et al . Wear Resistance of Fe-based Nanostructured Hardfacing ［J］. Procedia Materials Science ， 2015 （ 8 ）： 934 - 943 .

Wang H Q ， Sun J S ， Li C N ， et al . Microstructure and mechanical properties of molybdenum-iron-boron-chromium cladding using argon arc welding ［J］. Materials Science &Technology ， 2016 ， 32 （ 16 ）： 1694 - 1701 .

杨威，魏建军，黄智泉 . Fe-Cr-C系高碳高铬耐磨堆焊合金微观组织分析［J］. 焊接学报， 2007 ， 28 （ 03 ）： 85 - 88+117 .

YANG W ， WEI J J ， HUANG Z Q . Microstructure in Fe-Cr-C hardfacing alloys with high C and Cr ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2007 ， 28 （ 03 ）： 85 - 88+117 .

Amushahi M H ， Ashrafizadeh F ， Shamanian M . Characterization of boride-rich hardfacing on carbon steel by arc spray and GMAW processes ［J］. Surface & Coatings Technology ， 2010 ， 204 （ 16 ）： 2723 - 2728 .

刘政军，李乐成，苏允海，等 . 硼对等离子熔覆高硼铁基合金组织和性能的影响［J］. 焊接学报， 2012 ， 33 （ 01 ）： 45 - 48+115 .

LIU Z J ， LI L C ， SU Y H ， et al . Effect o boron on microstructure and properties of high-boron iron-based alloy by plasma transferred arc ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2012 ， 33 （ 01 ）： 45 - 48+115 .

汪圣林，崔丽，贺定勇，等 . 亚共晶Fe-Cr-B-C系堆焊合金的组织及耐磨性［J］. 热加工工艺， 2016 ， 45 （ 01 ）： 30 - 33 .

WANG S L ， CUI L ， HE D Y ， et al . Microstructure and Wear Resistance of Hypoeutectic Fe-Cr-B-C Hardfacing Alloys ［J］. Hot Working Technology ， 2016 ， 45 （ 01 ）： 30 - 33 .

Gou J ， Wang Y ， Sun J ， et al . Bending strength and wear behavior of Fe-Cr-C-B hardfacing alloys with and without rare earth oxide nanoparticles ［J］. Surface & Coatings Technology ， 2017 ， 311 （ 7 ）： 113 - 126 .

王智慧，王清宝 . Fe-Cr-C耐磨堆焊合金中初生碳化物生长方向的控制［J］. 焊接学报， 2004 ， 25 （ 01 ）： 103 - 106+110 .

WANG Z H ， WNAG Q B . Orientation control of primary carbide in Fe-Cr-C hardfacing alloys ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2004 ， 25 （ 01 ）： 103 - 106+110 .

王冬春，杜锦涛，刘辉，等 . 碳化钨耐磨材料激光熔覆关键问题［J］. 电焊机， 2021 ， 51 （ 8 ）： 146 - 152+182 .

WANG D C ， DU J T ， LIU H ， et al . Key issues in laser cladding of tungsten carbide wear resistant materials ［J］. Electric Welding Machine ， 2021 ， 51 （ 8 ）： 146 - 152+182 .

Liu D S ， Liu R P ， Wei Y H . Effects of titanium additive on micro structure and wear performance of iron based slag-free self-shielded flux-cored wire ［J］. Surface & Coatings Technology ， 2012 ， 78 （ 2 ）： 579 - 586 .

Wang Z H ， Wang Q B ， Cui L ， et al . Influence of cooling rate and composition on orientation of primary carbides of Fe-Cr-C hardfacing alloys ［J］. Science & Te-chnology of Welding & Joining ， 2013 ， 13 （ 7 ）： 656 - 662 .

宋宇，武国平，吴天礼 . 氧化物冶金技术在改善钢材组织和性能中的应用［J］. 中国冶金， 2012 ， 22 （ 06 ）： 1 - 7+11 .

SONG Y ， WU G P ， WU T L . Application of Oxide Metallurgy Technique in Improving Microstructure and Propert of Steels ［J］. China Metallurgy ， 2012 ， 22 （ 06 ）： 1 - 7+11 .

CHAI F ， YANG C F ， SU H ， et al . Effect of Magnesium on Inclusion Formation in Ti-Killed Steels and Microstructural Evolution in Welding Induced Coarse-Grained Heat Affected Zone ［J］. Journal of Iron and Steel Research International ， 2009 ， 16 （ 1 ）： 69 - 74 .

万响亮，吴开明，王恒辉，等 . 氧化物冶金技术在大线能量焊接用钢的应用［J］. 中国冶金， 2015 ， 25 （ 06 ）： 6 - 12 .

WAN X L ， WU K M ， WANG H H ， et al . Application of oxide metallurgy technology on high heat input welding steel ［J］. China Metallurgy ， 2015 ， 25 （ 06 ）： 6 - 12 .

Alert me when the article has been cited

提交

Effect of Oxygen to Fuel Ratio by Explosive Spraying on Properties of Iron-based Amorphous Coatings

Effect of WC Addition on Microstructure and Properties of Arc Cladding Titanium-based Coatings

Research on the Microstructure and Properties of Copper-Based Composite Coatings Prepared by Arc Cladding on Low Carbon Steel Surface

Preparation of Graphene and its Copper-based Composite Coating by Electrical Explosion Method

Development and Performance Evaluation of a 550 MPa-Grade Low-Hydrogen, High-Toughness Flux-Cored Wire for All-Position Welding