热处理对钢基/Mo2FeB2金属陶瓷的性能影响

何军委,吴保桥,吴湄庄,沈千成,彭 林,汪 杰,丁朝晖

(马钢技术中心 安徽马鞍山 243002)

钢铁是我国常用的工业材料之一，经常被用来制作一些机械设备，应用于各种行业，尤其一些重工设备，但是由于工作环境的恶劣，这些机械设备在短期内就发生磨损、腐蚀等情况。因此，开发新的硬质合金将具有重要的使用价值和战略意义。

国内学者主要是集中于在钢基体上制备MoFeB基金属陶瓷覆层，然而对MoFeB基金属陶瓷缺乏系统地基础研究，对制备工艺等方面的研究还是比较少。

文中研究内容是：探索不同热处理工艺对复合层的组织与硬度影响，确定最佳组织性能的热处理工艺。

1 试验

1.1 试验材料

实验制备MoFeB金属基陶瓷所用的粉体材料：钼(Mo)粉、钼铁(FeMo)粉、硼铁(FeB)粉、碳化钨(WC)粉，基板选用16Mn热轧钢板，具体化学成分见表1。

表1 化学成分(wt%)

1.2 试验方法

粉体材料按照上述配比均匀混合后装入直径10 mm的不锈钢管子中，采用氩弧焊在基体钢上进行堆焊，将堆焊好的试样进行正火、淬火和回火热处理见表2。

表2 热处理工艺

2 结果及分析

2.1 基体钢硬度分析

通过对热处理前后基体钢的硬度分析，其中淬火后对基体钢硬度提升最大，试验结果见表3。

表3 热处理前后Mo2FeB2金属陶瓷覆层的硬度

2.2 覆层硬度分析

为了进一步了解MoFeB基金属陶瓷覆层的硬度以及覆层大致厚度，图1是其显微硬度值折线图，图中横坐标数值表示界面处到基体钢和硬质合金的距离，“0”表示界面处，正表示到硬质合金方向，负表示到基体钢方向，竖坐标数值表示显微硬度值。

图1 覆层硬度

16Mn的MoFeB金属陶瓷覆层进行正火、淬火以及回火后发现，覆层界面处的硬度并不是突变，而是存在着一个硬度过渡层，厚度大致为0.2 mm。

由图1可知，在界面处，淬火和回火处理后的覆层显微硬度值可达900 HV-1000 HV，而正火处理后的覆层显微硬度值为300 HV-500 HV，由此可见淬火和回火处理对过渡层显微硬度提升较大。

2.3 显微组织分析

图2是MoFeB金属陶瓷-16Mn堆焊层热处理前后的金相组织照片。从图中可以看出，其中亮白色的组织形状呈胞状或胞状枝晶，为铁基固溶体基体；而灰色的区域为网状的共晶组织，为硼化物硬质相。另外，从图中看出胞状枝晶的晶粒有缓慢变小的趋势，结晶方式主要为异质成核长大。

2.4 XRD图谱分析

由图3中可以看出，覆层主要由MoFeB、WC和Fe以及CrC组成。其中少量的Cr与残留C发生反应，从而降低了C的残留量，大大地降低了C对MoFeB对覆层的不利影响。

由于MoFeB金属陶瓷中相的形成随着烧结温度和烧结时间的不同而产生变化，试样在堆焊过程中即使处于同一时间但所形成的MoFeB的温度和状态也完全不一样。所以堆焊形成的覆层中金相组织不仅与普通烧结形成的进行组织有差异，而且比烧结形成的更为复杂。

图2 Mo2FeB2金属陶瓷-16Mn堆焊层热处理前后组织

图3 Mo2FeB2金属陶瓷-16Mn钢界面处的XRD

3 结论

通过对MoFeB金属陶瓷-16Mn覆层经过不同热处理等一系列实验和分析之后，得出以下几点结论：

堆焊合金的硬质相显微硬度超过1000HV，基体的显微硬度约为87HRA。

MoFeB金属陶瓷涂层经过不同热处理后，回火的力学性能要优于正火、淬火处理，其显微硬度高达1203V。

MoFeB金属陶瓷组织致密，由Fe粘结相和MoFeB硬质相组成。

MoFeB金属陶瓷覆层材料界面属于冶金组合，在界面存在一个硬度渐变区，厚度约为0.2 mm。