復(fù)合耐磨鋼板濃度變化導(dǎo)致的具體原因

耐磨復(fù)合板以Ca(NO3)2和NH4H2PO4為電解主鹽,在電解液中加入Zn(NO3)2,成功制備得到了鋅摻雜羥基磷灰石(HAP)涂層。通過(guò)控制加入的Zn元素的含量,研究分析了Zn對(duì)于羥基磷灰石涂層結(jié)晶度、微觀形貌、物相成分及涂層與鈦基2113體之間結(jié)合力的影響。

本文以冶金軋輥耐磨復(fù)合鋼板表面埋弧堆焊層為研究對(duì)象,利用體視顯微鏡、掃描電鏡觀察了耐磨復(fù)合板堆焊層裂紋及裂紋斷口宏觀形貌、微觀形貌。利用洛氏硬度計(jì)測(cè)定堆焊層、過(guò)渡層和基體硬度。利用金相顯微鏡觀察堆焊層、過(guò)渡層及基體金相組織。利用XRD測(cè)定堆焊層殘余奧氏體量。利用發(fā)射光譜儀測(cè)定耐磨復(fù)合鋼板堆焊層、過(guò)渡層及基體材料化學(xué)成分。利用X射線能譜儀測(cè)定斷口表面微區(qū)化學(xué)成分。通過(guò)上述方法確定軋輥失效性質(zhì)及失效原因。

通過(guò)改變電解液5261主鹽Ca(NO3)2和NH4H2PO4的濃度,研究了電解液濃度對(duì)于電化學(xué)沉積磷酸鈣鹽涂層產(chǎn)物的影響。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著電解液濃度的逐漸升高,涂層產(chǎn)物的物相由HAP逐漸向磷酸八鈣(OCP)轉(zhuǎn)變,同時(shí)微觀形貌上觀察到了從納米級(jí)規(guī)則六邊形棒狀HAP晶體逐漸轉(zhuǎn)變成微米級(jí)帶狀OCP晶體的過(guò)程。 

本根據(jù)該件軋輥堆焊環(huán)境,應(yīng)用熱-結(jié)構(gòu)耦合法模擬軋輥焊縫及其附近區(qū)域堆焊降溫過(guò)程中溫度場(chǎng),分析其軸向、周向和徑向熱應(yīng)力場(chǎng)；并比較了不同焊接線能量輸入下的堆焊層熱應(yīng)力場(chǎng)變化。 

論文主要研究結(jié)論如下： 
(1)軋輥耐磨復(fù)合鋼板堆焊層表面及縱向剖面堆焊層均觀察到短裂紋和沿晶微裂紋,橫向剖面的堆焊層及母材均未觀察到裂紋。短裂紋為結(jié)晶裂紋(長(zhǎng)度為1～10mm),位于焊縫中心主要呈橫向。沿晶微裂紋為再熱裂紋,位于近縫區(qū)粗晶部位主要呈橫向穿越晶界鐵素體。

(2)堆焊層整體P含量(0.025%)超過(guò)技術(shù)要求和枝晶表面P(0.05-0.06%)、S(0.05-0.12%)含量過(guò)高是復(fù)合耐磨板堆焊層產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的成分因4102素。堆焊層材料含有較高含量的Mo、V等碳化物形成元素和晶界弱化元素P(0.04%)、S(0.03%)是堆焊層產(chǎn)生再熱裂紋的成分因素。 

(3)模擬軸向熱應(yīng)力峰值區(qū)位于軋輥焊縫中心,周向、徑向熱應(yīng)力峰值區(qū)位于軋輥熱影響區(qū)。軸向熱應(yīng)力(242MPa,1100℃)遠(yuǎn)大于周向熱應(yīng)力(171MPa,1100℃)和徑向熱應(yīng)力(48MPa,1100℃)。軸向熱應(yīng)力較大,且熱應(yīng)力峰值區(qū)出現(xiàn)在軋輥焊縫中心是堆焊層發(fā)生橫向開(kāi)裂的力學(xué)因素。 

(4)模擬熱應(yīng)力隨著焊道寬度減小而減小,即熱應(yīng)力隨焊接線能量輸入減少而減小。減小焊接線能量輸入能避免堆焊熱應(yīng)力過(guò)大。
實(shí)驗(yàn)得出：隨著電解液中Zn含量的增加,沉積得到的HAP晶體的結(jié)晶度逐漸降低,晶體平均尺寸逐漸減小。當(dāng)Zn含量達(dá)到25mol%(Zn/(Zn+Ca))時(shí),沉積不再得到Zn-HAP晶體。同時(shí)隨著Zn含量的增加,涂層規(guī)則六邊形微觀形貌特征逐漸消失,涂層與鈦基體之間的結(jié)合力逐漸增大。