Mo元素对FeCrVMoC合金堆焊层热稳定性的影响分析

滕诚信 许骥 晋家兵

摘要：为了提高低碳钢表面热稳定性能，配制不同质量分数Mo元素的FeCrVMoC系铁基合金粉末，粘结烘干后制成粉末薄片，在Q235B材料表面以氩弧为热源进行堆焊。对堆焊合金试样进热处理后进行硬度分析以及氧化增量分析，研究Mo元素如何影响堆焊合金的红硬性、抗氧化性。试验结果表明，FeCrVMoC合金中，Mo元素的加入能明显提高堆焊合金层表面的硬度及红硬性，随着Mo含量的增加，其氧化增重量降低，抗氧化性能提高，当Mo含量为2.00%时，硬度达到63.9HRC，热处理后硬度能够达到60.25HRC，热稳定性最好。

关键词：堆焊层;硬度;热稳定性;抗氧化性

0.引言

堆焊技术是在基材表面形成具有冶金结合的熔覆层，可以根据性能要求选择或设计堆焊合金组合，使材料或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、耐辐射等性能，在工艺上有很大的灵活性。而堆焊层的尺寸和形状、基体的化学成分、合金元素对基体性能的影响、表面的焊接缺陷、成本等方面是堆焊技术的主要影响因素。钢的热稳定性是指钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀的能力。为了提高材料的抗氧化性，加入一些合金元素在材料表面形成氧化膜，提高材料的热稳定性。研究发现，Mo元素在堆焊金属中能提高淬透性，产生固溶强化和抑制回火脆性，并与C元素形成Mo2C，增强二次硬化效应。随Mo质量分数的增加，使得C的扩散系数降低，同时，Mo能降低碳化物形成元素的扩散能力，阻碍碳化物的形成，推迟碳化物的析出过程[1，2]。本文利用Cr- Fe、V-Fe、Mo-Fe、石墨等粉末合金配置FeCrVMoC系铁基合金粉末，在Q235B碳钢表面堆焊，分析合金元素对熔覆层的影响，并研究高温下熔敷层的热稳定性，以研究不同质量分数的Mo元素对于合金熔覆层的红硬性以及抗氧化性的影响。

1试验

1.1 试验材料

试验所用的材料是Q235B钢板属于碳素结构钢，其化学成分见表1。

本次试验所用的堆焊材料为Cr-Fe合金粉末、Mo-Fe合金粉末、V-Fe合金粉末、石墨和还原性铁粉。Cr- Fe、Mo-Fe、V-Fe合金粉末的成分如表2所示。

依照试验方案称取不同重量的Cr-Fe、Mo-Fe、V-Fe合金粉末、石墨以及还原性铁粉，并加入少量水玻璃将其混合均匀。将混合后的合金粉末平铺，压成合金粉末薄片，取出薄片放在通风的地方阴干12～14小时，最后放入烘箱里在200℃条件下保温1.5h。将烘干好的薄片放在基体钢板Q235B上采用钨极氩弧焊进行堆焊，焊接工艺参数见表3。

1.2热稳定性试验

熔敷层制得后，用线切割机切割成尺寸为30mm×20mm的试样。切割时要避开起弧和收弧的地方，两侧各去2cm，取中间作为试样。

试验采用电阻炉，对试样加热2小时、4小时、6小时、10小时，每次加热前对试样表面进行打磨并用酒精冲洗，吹干，放于坩埚内，称重，电子天平感量为10-4g。放入电阻炉中，升温至600℃后开始计时，到达规定时间关闭电阻炉，冷却至室温后称重。通过高温氧化试验，绘制氧化增量曲线，并对曲线进行分析，得出高温抗氧化性能的差异[3]。

利用HR-150硬度计对熔敷层进行洛氏硬度测试，每个试样测定六个点，取平均值，试验采用金刚石压头，载荷为150kg，加载时间为5s，恢复时间为3s。其中测定点之间的距离为4mm，边缘点距试样边缘的距离为5mm。

2.FeCrVMoC合金热稳定性分析

由表4可以看出，当合金加入Mo元素后，硬度值明显增高，且都大于63HRC，但随着退火时间的增加，FeCrVMoC合金表面硬度逐渐降低。根据表5可知，Mo元素含量达到2.00%时，其退火前的硬度最高，随着退火时间的增加，其硬度逐漸降低，但仍能达到60.25HRC。说明随着Mo含量的增加，合金的红硬性增强，同时由于Mo主要是以二次相的形式析出，起到了弥散强化的作用[4]，其红硬性提高。

从表6中我们可知，加入Mo元素后，FeCrVMoC合金在热处理后氧化增重率降低，氧化增重量也逐渐降低。随着Mo含量的增加，其氧化增重量降低，增重率变化平缓，当Mo元素含量达到2.00%时，其氧化增重量保持较低的水平，氧化增重率变化随着退火时间的增加而逐渐降低，说明Mo元素的加入，能使FeCrVMoC合金拥有较高的抗氧化性能。

3.结论

（1）堆焊合金可以提高Q235B的表面硬度以及抗氧化性，加入不同配比的合金系对合金的改善状况不同。

（2）在FeCrVMoC合金中，Mo元素的加入能明显提高合金堆焊层表面的硬度及红硬性，当Mo含量为2.00%时，表面硬度达到63.9HRC，热处理后表面硬度为60.25HRC。

（3）Mo元素能提高FeCrVMoC合金表面的抗氧化性能，随着Mo含量的增加，其氧化增重量降低。

参考文献

[1]孔君华，郑琳.钼在高钢级管线钢中的作用研究[J].钢铁，2005，40（1）：66-68.

[2]童明伟、袁泽喜.钼、铌含量对耐火结构钢组织与性能的影响.机械工程材料.2010.7.59

[3]王丽芳、满达虎、孙国栋.FeAl合金堆焊层高温氧化机理.热加工工艺.2007（36）.12

[4]甄翠娜、孙浩、陈雨来、白彦.Nb、Mo含量对高钢级管线钢组织性能的影响.材料热处理.2010（39）47