Cr26高铬铸铁真空钎焊接头焊缝组织分析

贺亚勋， 赵 彬， 李俊魁， 卢金斌

(中原工学院， 郑州 450007)

Cr26高铬铸铁真空钎焊接头焊缝组织分析

贺亚勋， 赵 彬， 李俊魁， 卢金斌

(中原工学院， 郑州 450007)

渣浆泵过流部件通常采用Cr26高铬铸铁制成，因工作时浆料的腐蚀和冲刷易导致过早失效。为了修复失效的渣浆泵过流部件，采用Ni-Cr-B-Si钎料，在1 040 ℃保温5 min，对Cr26高铬铸铁进行真空钎焊实验。利用金相显微镜、维氏显微硬度仪测试分析了Cr26高铬铸铁和钎料界面之间的微观组织、显微硬度。结果表明:Ni-Cr合金与高铬铸铁界面处发生冶金结合，界面处Ni、Fe发生互扩散，并形成了γ-Ni固溶体，焊缝中有分布不均匀的Cr7C3生成。

钎焊； 高铬铸铁；Ni-Cr-B-Si；显微硬度

渣浆泵广泛应用于煤炭、矿山、冶金、电力、水利等重要基础部门。在输送泥浆、灰渣和矿浆等固液混合物料的过程中,过流部件承受大量高硬颗粒浆料的冲击磨损, 同时又受到酸碱性介质的腐蚀,使其使用寿命缩短[1-2]。其失效类型主要有磨料磨蚀、腐蚀磨损、开裂[3]。磨损可采取堆焊、熔覆的方法进行修复[4-5]，开裂可以采取钎焊的办法进行修复[6]。目前国内外渣浆泵过流部件主要选用硬度高、耐磨性好的硬镍类、高铬铸铁类、陶瓷涂层类材料[7]，其中高铬铸铁作为第三代耐磨材料应用最为广泛。本文以代表性的Cr26高铬铸铁作为研究对象，对其进行钎焊修复。由于Cr26高铬铸铁含有较多的碳化物，表面容易形成铬的氧化膜，具有很高的界面能，致使Cr26高铬铸铁不能被一般合金所浸润。考虑到Cr26高铬铸铁基体含有较多的碳化物以及易被氧化，选择在真空炉中进行钎焊。真空炉中降温速度慢，可以避免熔化焊因过快冷却而开裂。另外，Ni基钎料对钢基体和碳化物具有良好的润湿性，Ni基塑性较好，可以减少热应力，故选择Ni-Cr-B-Si 钎料。

1 实 验

1.1 实验材料

实验基材选用高铬铸铁Cr26，其化学成分如表1所示，试样尺寸为20 mm×40 mm×5 mm,表面除油除锈。钎料为Ni-Cr-B-Si合金粉末，其化学成分如表1所示。

1.2 真空钎焊工艺

在ZGS-40真空高温钎焊炉中进行钎焊实验。具体工艺过程为：钎焊前对高铬铸铁基材进行打磨，去除氧化层，用丙酮清洗，浸泡在丙酮中用超声波清洗5 min，吹干。在基体之间均匀放置厚度约1 mm的Ni-Cr-B-Si钎料。将试样放入真空炉内，钎焊温度为1 040 ℃，保温5 min，真空度高于2×10-2Pa，随炉冷却至室温取出[8]。

表1 Cr26与钎料Ni-Cr-B-Si的化学成分 wt%

1.3 钎焊层分析测试方法

垂直于钎焊层截取金相试样，分别在MM-6型金相显微镜下观察其组织；采用HXD-1000TC型显微硬度计测试其显微硬度，加载300 g，保持5 s。

2 实验结果与分析

2.1 基体和焊缝组织分析

图1(a)为Cr26高铬铸铁的微观组织，在马氏体基体上形成均匀的初生相六边形Cr7C3和片状的共晶Cr7C3。初生碳化物Cr7C3为六方棱柱体，共晶形成的碳化物为团絮状，如图1(b)所示。从图中可以看出，六方晶体心部存在着显微空洞。空洞内充满金属，金属组织可能为奥氏体或奥氏体转变产物。

(a)低倍形貌图

(b)高倍形貌图

Ni-Cr-B-Si合金钎料真空钎焊Cr26高铬铸铁的焊缝显微组织如图2所示，图2(a)中上下为Cr26高铬铸铁，中间部分为焊缝。可以看出，钎料对Cr26有良好的润湿性，形成了明显的界面。图2(b)为放大400倍的中间焊缝显微组织，从中可以看出焊缝有不同的物质生成，且物质形貌不同，有白色絮状、片状和六边形状。通过查阅其他文献可初步确定这些物质为铬的碳化物。图中基体黑色物质可能为Fe的固溶体。

(a)基体与焊缝宏观形貌

(b)焊缝的显微组织

界面处的显微组织如图3所示，上半部分为焊缝，下半部分为Cr26高铬铸铁。焊缝成分为γ-Ni固溶体，Cr26高铬铸铁正是通过γ-Ni固溶体才实现了牢固结合。Cr26高铬铸铁中白色片状组织为Cr7C3，黑色部分为Fe的珠光体组织。由于Fe原子与Ni原子的互扩散，使得靠近Cr26高铬铸铁的γ-Ni固溶体中有较多的Fe原子，从而在焊缝与Cr26高铬铸铁的交界处形成了Fe、Ni的固溶体组织。

图3 界面处的显微组织

2.2 钎焊层硬度分析

焊缝的显微硬度分布曲线如图4所示。由图4可知，焊缝厚度大约为1.0 mm，焊缝的硬度普遍比基体稍低，表明存在γ-Ni固溶体层及Fe、Ni固溶体层；但在焊缝中有一处硬度偏高，这可能是因为Cr7C3的生成。图4显示从Cr26高铬铸铁到焊缝再到Cr26高铬铸铁，材料硬度值变化不大，说明焊缝与基体的硬度值基本持平，保证了整个焊件的连接强度。这表明实验获得了预期的效果。

图4 焊缝的显微硬度分布

3 结 语

(1)选用Ni-Cr-B-Si合金钎料，在1 040 ℃保温

5 min的条件下真空钎焊Cr26高铬铸铁,实现Cr26高铬铸铁间牢固连接，材料具有较高的结合强度。

(2)钎焊过程中，Cr26高铬铸铁中的Fe与Ni发生互扩散，形成Fe与Ni的固溶体组织。

(3)焊缝有连续的γ-Ni固溶体和分布不均匀的Cr7C3生成。γ-Ni可以保证焊缝有足够的连接强度，Cr7C3可以减小内应力，保证了钎焊效果。

[1] 罗先武,许洪元,王守棣,等.氧化铝流程泵的高效设计和抗磨设计分析对比[J].流体机械,1998,26(10): 18-21.

[2] 李卫. 耐磨钢铁件的市场与生产[J].铸造,2004,53(12):958-962.

[3] 杨秀秀,郭仁宁.渣浆泵磨损改善的有效途径[J].煤矿机械，2007,28(9)：171-172.

[4] 刘云国.泥浆泵高铬铸铁叶轮的失效分析及修复[J].有色设备，2005(5)：44-45.

[5] 彭竹琴, 卢金斌, 吴玉萍, 等. 铸铁表面等离子熔覆Fe-Cr-Si-B涂层的组织特征[J].材料热处理学报, 2008,29(1): 124-127.

[6] 潘辉,孙计生,刘效方.涡轮发动机叶片钎焊修复研究[J].材料科学与工艺，1999,7(S1)：209-212.

[7] 江海燕,黄汝清,吕振林，等.渣浆泵过流部件的磨损及材质选择[J].水利电力机械,2002,24(3):10-14.

[8] 赵彬，贺亚勋，卢金斌，等.添加Cu粉对Ni-Cr合金真空钎焊金刚石磨粒界面组织的影响[J].中原工学院学报，2014，25(3)：29-32.

(责任编辑：席艳君)

Microstructure Analysis of Cr26 High Chromium Cast Iron Vacuum Brazing Joints

HE Ya-xun, ZHAO Bin, LI Jun-kui， LU Jin-bin

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)

The flow passage components is usually made of Cr26 high chromium cast iron in slurry pump, and occurred the premature failure owing to the corrosion and erosion of slurry. The above failure part is repaired by the vacuum brazing using Ni-Cr-B-Si solder at 1 040 ℃ for 5 min. The microstructure and microhardness of the interface between solder and matrix are investigated by metalloscope and vickers microhardness respectively. The results show that the good metallurgical bonding can be obtained between Cr26 high chromium cast iron and solder due to the interdiffusion between Ni and Fe and the formation of γ-Ni solid solution at the interface. In addition, Cr7C3is uneven distribution in the brazed joint.

brazing; high chromium cast iron; Ni-Cr-B-Si; microhardness

2015-05-21

新型钎焊材料国家重点实验室开发课题(SKLABFMT201003)；河南省省院科技合作项目(122106000051)

贺亚勋(1979- )，男，河南南乐人，硕士生。

1671-6906(2015)06-0045-03

TG454

A

10.3969/j.issn.1671-6906.2015.06.010