低碳钢表面超硬耐磨堆焊层硬度与焊接工艺关系(焊接毕业设计)

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样观测面平整光滑，就像一个镜面，在同一个面上进行反光。

③抛光。金相试样经磨制后，磨面上依旧存在着微弱的磨痕及金属扰乱层，影响正常的组织分析，因而必需进行抛光处理，以得到平整、光亮、无痕的金相磨面。常用的抛光方法有机械抛光、电解抛光、化学抛光等，我们所采用的是最常用的机械抛光。机械抛光靠抛光磨料对金相磨面的磨削和滚压作用使其成为光滑的镜面。抛光时应在抛光盘上铺以细帆布、平绒、丝绸等抛光织物，并不断滴注抛光液。抛光液一般是氧化铝、氧化铬、氧化镁等细粉末状磨料在水中形成的悬浮液，在本次试验中我们用的是氧化铬磨料。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并且沿着抛光盘的边缘到中心不断地作径向往复运动，同时使试样本身略加转动，使磨面各部分抛光程度一致，并且可以避免出现“曳尾〞现象，抛光液的滴入量以试样离开抛光盘后，其表面的水膜在数秒钟内可自行挥发为宜，一般抛光时间为3～5min。抛光后的试样磨面应光亮无痕，石墨或夹杂物应予以保存，且不能有“曳尾〞现象。由于抛光液具有腐蚀性,操作时最好戴橡皮手套。

④在抛光后，在进行观测前需要完成的任务有：清水冲洗-酒精擦拭-吹干-侵蚀-清水冲洗-酒精擦拭-吹干。其具体步骤是：将抛光过的试样表面先用清水冲洗后用无水乙醇擦洗，用吹风机吹干，再浸入4％的硝酸溶液中，时间不要太长，一般数秒即可（具体应按式样和立侵蚀液来确定），然后用清水冲洗清白，再用无水乙醇将其表面擦清白，用吹风机吹干即可放在显微镜下观测基体组织。

⑤进行硬度测试。其次组：

①在箱形电阻炉（型号：SRJX-3-9）中950℃加热淬火保温20min，分别水淬、油淬；

②淬火后，擦拭清白试样，在砂布上磨平并磨出金属光泽（为了去掉表面的氧化皮，能得到更确凿的试验数据），再磨制金相试样（具体操作过程同第一组的过程完全一样），观测显微组织。

③进行硬度测试；

第三组：①在箱形电阻炉（型号：SRJX-3-9）中加热到950℃退火并保温30min，然后随炉冷却；

②完全冷却后，磨制金相试样并进行组织观测。

③用HXD—1000TMB视屏显示自动转塔显微硬度计进行硬度测试，（操作步骤：根据

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已经制备好的金相试样，进行金相显微组织的观测与分析；认真观测和分析金相显微组织的形态和基本组成，在试样金相显微明了的部位中进行显微硬度测定，并根据金相分析的结果来判断该组织的种类和性质，并记录相应的显微硬度值；

第3章试验结果及其分析

3.1第一组试验记录及分析

（1）金相组织①热处理前金相组织

(a)

(b)(c)

图3.1（a）母材组织（125×）（b）过渡区组织（125×）（c)堆焊层组织（500×）

图3.1（a）为焊后未经热处理母材的金相组织。其组成主要为铁素体（白色），还有少量的珠光体（黑色）。由于所选用的母材是低碳钢，其含碳量很低，组织是由大部分铁素体和少部分珠光体组成。随着向堆焊层靠近，由于焊条药皮过渡，堆焊层碳含量逐渐增多，则珠光体的含量越来越多，而铁素体的含量不断减少。如图3.1（b）所示，图中的颜色变化可以证明这一点。图3.1（c）所示由于堆焊层碳含量很高，观测到的组织与母材有很大的区别，主要是由基体和碳化物组成，硬度会远高于母材。

②硬度测试

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表3.1原始试样硬度值表（HRC）

试样

母材

堆焊层

123562206132354平均值2257从表3.1可以得出，堆焊层的硬度比母材硬度明显高，而硬度是衡量材料耐磨性的一个主要指标。试验结果说明在低碳钢表面堆焊一层耐磨材料后硬度可以有明显提高，因而耐磨性也同样得到提高。

表3.2是对单层堆焊和多层堆焊的硬度测试，结果说明，单层堆焊的硬度比多层堆焊的低，堆焊层硬度与堆焊层层数有关。在同一磨损服役条件下，堆焊层硬度高时，耐磨性好；硬度低时，耐磨性差。

表3.2原始试样堆焊层厚度不同硬度值表（HRC）

试样

单层堆焊

多层堆焊

160622546535759平均值57623.2其次组试验记录及分析

（1）金相组织①淬火后的金相组织

(a)

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(b)云南国防工业职业技术学院毕业论文

(c)(d)图3.2热处理后的金相组织

（a）部分相变区（125×）（b）细晶粒区（125×）（c）粗晶粒区（125×）（d）熔合区（500×）

图3.3表示低碳钢热影响区各部分被加热的温度范围。可以把热影响区各部分被加热到的最高温度结合焊接热循环曲线，并参照铁碳状态图来进行分析。

加热温度在Ac1以下的区域，组织不发生变化，仍保持热轧状态的母材原始组织（铁素体+珠光体），具有带状组织的特征。热影响区中组织发生显著变化的部位，相当于加热在Ac1以上直至熔化温度。根据加热时组织变化的状况，可将热影响区划分为4个区域：部分相变区、细晶粒区、粗晶粒区、熔合区。

部分相变区（或不完全重结晶区）：如图3.2（a）所示，加热温度范围为Ac1～Ac3，对于Q235低碳钢的温度范围为750～900℃。该区域内加热时，钢中的珠光体和部分的铁素体转变为晶粒比较细小的奥氏体，但仍保存部分铁素体。以后冷却时奥氏体转变为细小的铁素体和珠光体（称为重结晶），未溶入奥氏体的铁素体不发生转变，晶粒比较粗大（故称为不完全重结晶），因而冷却后的组织晶粒大小极不均匀，并保存原始组织中的带状组织特征。

细晶粒区（或相变重结晶区）：如图3.2（b）所示，加热温度范围为Ac3～TKs(TKs为晶粒开始急剧粗化的温度)，Q235低碳钢加热到900～1100℃范围内，铁素体和珠光体全部转变为奥氏体。由于焊接时加热速度快，Ac1、Ac3、TKs都移向较高的温度，同时在高温下停留的时间短（一般手工电弧焊在Ac3以上停留的时间最长仅20s），所以即使温度接近1100℃左右，奥氏体晶粒还未明显长大。该区域空冷后得到细小的铁素体和珠光体，相当于热处理中的正火组织，故又称正火区或相变重结晶区。

粗晶粒区（或过热区）：如图3.2（c）所示，加热温度范围TKs～Tm（熔点）。当加热至1100℃以上温度，奥氏体晶粒开始急剧长大，特别在1300℃以上晶粒十分粗大。

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对于手工电弧焊接头来说，焊后晶粒度一般在3级以上。

熔合区：如图3.2（d）所示，温度处于固相线和液相线之间。这个区域的金属处于局部熔化状态，因而晶粒十分粗大，化学成分和组织性能极不均匀，冷却后的组织为过热组织。此区域很窄，在低倍金相显微镜下观测实际上很难区分出来。

图3.3低碳钢焊接热影响区组织变化

（2）硬度测试

表3.3试样淬火后硬度值表（水淬/HRC）

试样（水淬）母材堆焊层121602255832365平均值2361表3.4试样淬火后硬度值表（油淬/HRC）

试样（油淬）119562215831757平均值1957

母材堆焊层材料在淬火过后的硬度都将有所提高，淬火热处理工艺是为了实现马氏体转变，使得淬火钢件简单淬硬，而表3.3与表3.4中的数据并没有显示这个规律，主要是由堆焊层的成分所引起。对于母材，碳含量很低，很难实现马氏体转变，故硬度不会有多大变化，即表中数据与未处理前区别不大；对于堆焊层，其碳含量很高，然而硬度也没提高，

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目录

摘要IAbstractII第1章绪论1

1.1引言11.2研究背景2第2章试验7

2.1试验设备介绍72.2焊接试验9

2.2.1焊接试验方案92.2.2低碳钢