不锈钢的电火花表面强化

论文导读：采用HXS－1000型号的显微硬度仪，测试试样的显微硬度。微观组织分为三个区：堆焊层、过渡区和基体。
关键词：电火花表面强化1Cr18Ni9Ti，微观组织，显微硬度

 

0 引言

1Cr18Ni9Ti不锈钢以其良好的抗腐蚀性能及良好的高温，低温韧性而成为国内应用最广泛的钢种，但缺点是硬度较低，导致耐磨性能下降。电火花表面强化是利用火花放电能量，在金属表面形成一层高硬度、高耐磨、抗腐蚀及热硬性好的合金强化层。电火花表面强化工艺设备比较简单轻便、热输入量小，工件不变形，堆焊层与基体为冶金结合，电极材料选择范围广且其消耗量少，是具有发展前景的表面处理技术之一。该工艺在国内外已用于刀具、模具、易磨损件等表面强化，可显著提高工模具、易磨损件的使用寿命[1-6]。本实验以1Cr18Ni9Ti不锈钢为基材，采用电火花技术，对不锈钢的表面强化做有益探索。

1 电火花堆焊实验

1.1 实验条件

基材为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，厚度为2mm。实验设备为3H-ES型金属表面强化修复机。科技论文。输入电压AC220V，单相50/60 HZ，功率1500 W，频率70~700 HZ。采用HXS－1000型号的显微硬度仪，测试试样的显微硬度。电极为旋转式，强化电极材料与试样材料相同。科技论文。试验中采用氩气保护。

经过摸索，确定功率，电压和频率的范围。功率（W）500、630、950，电压（V）50、70、90，频率（Hz）210、300、500，采用正交实验。

1.2 组织分析

图1为堆焊层全貌。图2为堆焊微观分层,从上至下：堆焊层、过渡层、基体。科技论文。可以看出，堆焊层较白亮，组织晶粒较细，与过渡层相比要细小的多，这由于在堆焊过程中，堆焊层加热至高温，高温保温时间短；堆焊后冷却到室温，冷却速度较快，相当于一次淬火。在热处理中，保温时间短、冷却速度快就会得到细化的晶粒，因而堆焊层中心的晶粒得以细化。众所周知，细晶强化是强化金属的一种方式，也就是说晶粒越细，金属的机械性能越好，强度和硬度等越大。过渡层的晶粒较粗，可能由于加热到高温之后，金属内部散热比较慢，相当于一次回火，导致晶粒与堆焊层和基体相比显得粗大，强度、硬度等都会有一定的影响。

图1 堆焊层全貌 70× 图2 堆焊微观分层 450×

Fig1. Completepicture of welding layer Fig2. Microscopic laminationof welding layer

图3 堆焊层与过渡层 1000×

Fig3. Welding layer and transitional layer

1.2 硬度分析

加载200克，保荷20秒，在堆焊层高度方向上，沿直线0.05mm打点，分别测试堆焊层、过渡区和基体的显微硬度，硬度数值如表1。并绘制硬度曲线，如图4，观察各区域硬度变化趋势。

表1 硬度测量

Degree of hardness surveytable1

图4 沿层深的显微硬度

Fig4. Micro-hardness along level deep从图4可以看出，堆焊层硬度较之基体有所提高，而过渡区的硬度最低。原因是在堆焊的过程中，堆焊层加热至高温，高温保温时间短，堆焊后冷却到室温，冷却速度较快，相当于一次淬火，因此堆焊层硬度最高。但在同一参数下，有个别硬度数值相差较大是因为堆焊层可能有气孔或裂纹存在。而在过渡区，由于冷却缓慢，晶粒发生了晶粒长大，因此晶粒粗大，硬度最低。

3 结论

通过对1Cr18Ni9Ti进行电火花堆焊和堆焊后的微观组织分析、显微硬度测试，可以得到以下结论：

（1）本实验最佳工艺参数为功率500W，电压90V，频率300HZ，。

（2）微观组织分为三个区：堆焊层、过渡区和基体。堆焊层晶粒最细、硬度最高，基体区次之，过渡区晶粒最粗、硬度最低。

(3)电火花技术可以改善1Cr18Ni9Ti不锈钢的表面耐磨性。

参考文献
[1] 狄平,朱世根,顾伟生.电火花表面强化技术的研究进展[Ｊ].东华大学学报,2001(2):110-113.
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[3] 钱苗根,姚寿山,张少宗编著.现代表面技术[Ｍ].北京:机械工业出版社,1999.
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