提高堆焊合金硬度和耐磨粒磨损性能的新技术

　　水利工程中常会抽送含有硬质颗粒的固、液体混合物，水泵在这种环境中服役，经受强烈的磨粒磨损。马氏体不锈钢具有高强度和耐蚀性，普遍用作制造或修复水泵过流部件材料，此类合金中含碳和合金元素较高，主要是利用碳与铬、钛、钒、铌等形成碳化物Cr7C3、TiC和VC硬质点提高材料硬度，从而提高其耐磨性能。
　　
　　通常随着含碳量增加，合金中碳化物含量增加，硬度、强度会升高，但抗焊接裂纹能力变差，而且碳化物不能够很均匀地分布在堆焊合金中，在碳化物含量过高时，大量碳化物会在晶界处大块地聚集起来，这样不但不能够使堆焊材料的硬度和强度有效提高，而且会使其韧性明显下降。
　　
　　用氮代替碳改善堆焊合金材料的综合性能已成为重要途径。氮与碳均为间隙溶质原子，并都能与铌、钛等合金元素形成弥散分布的第二相硬质点，在焊接过程中不会出现裂纹，因此在马氏体不锈钢堆焊合金材料中以氮代替部分碳，通过铌、钛固氮合金化，形成氮合金化马氏体不锈钢堆焊合金，对堆焊合金中碳氮化物的析出过程进行了分析，并进行了耐磨粒磨损性能试验，研究了碳氮化物对马氏体不锈钢堆焊合金耐磨粒磨损行为的影响。
　　
　　堆焊合金和母材的主要化学成分见下表：　　
　　研究结果表明：
　　
　　堆焊合金中的碳氮析出物为弥散分布在晶界和晶内的MX复合物（M为Nb，Ti；X为C，N）。焊态和热处理状态具有不同的数量和尺寸，碳氮析出物尺寸均小于3.5μm，在焊态条件下，碳氮化物在液态金属凝固过程中形成并具有较大尺寸，数量较少；在550℃热处理过程中，更多具有细小尺寸的碳氮析出物弥散析出，分布更均匀。
　　
　　堆焊合金中大量细小的碳氮化物弥散析出，起到沉淀强化作用，显著提高了堆焊合金的硬度和耐磨粒磨损性能。
　　
　　碳氮化物质点增强堆焊合金抗磨粒磨损性能的主要作用是产生二次硬化，使磨粒锲入深度减小，在增强堆焊合金硬度的同时能有效阻碍磨粒的切削，从而获得高的耐磨粒磨损性能。