熔覆方式对电弧增材制造高强耐磨层性能的影响
孙高明，柯浩，张备备，黄哲凯，李贤，张文杰，王金凤
湖北汽车工业学院材料科学与工程学院，湖北 十堰 442002
钢铁材料广泛应用于车辆、飞机、轮船等行业，但由于受腐蚀、磨损、疲劳[1-2]等因素的影响，具有潜在的断裂风险。由磨损引起的机械零件和设备失效占比高达60% ~ 80%[3]。据不完全统计，一个工业化国家每年因摩擦磨损造成的经济损失约占其国内生产总值的1% ~ 2%[4]，因此研究如何提高材料的耐磨性具有重大意义。
电弧增材制造(wire arc additive manufacturing, WAAM)是一种以焊接技术为基础，采用电弧做热源，使金属丝、粉等材料熔化并沿一定路径逐层堆积，最终得到接近产品形状和尺寸要求的三维金属坯件的制造技术。该技术具有成型效率高、成本低，易实现自动化等优点[5-6]，因而被广泛应用。通过电弧增材制造表面高强耐磨层，可有效减少金属材料损耗，延长零件的使用寿命，该技术广泛应用于矿山、煤矿等重工业领域[7]。国内外专家学者对该技术进行了大量研究。薛冰等[8]采用TIG(钨极气体保护焊)电弧熔覆修复破损失效的低碳钢零件，修复后的增材层有高于基体的硬度，耐磨损和耐腐蚀性能均得到改善，实现了在现场对破损低碳钢 零件的表面修复和强化，满足再制造的性能要求。李晨星等[9]采用了热源光谱分析法计算了TIG 电弧增材热源的温度场，发现随着增材层数的增加，电弧的产热减少，弧柱中心的温度逐渐降低。张金田等[10]通过数学分析方法，建立了能够准确预测80% Ar + 20% CO2混合气体保护下单道单层截面轮廓的全周期余弦函数模型，为后续单道多层，多道多层的电弧增材成型控制奠定了基础。邹宗轩等[11]研究了W 对Fe–Cr–C–W–B 系堆焊合金组织和性能的影响，得出W 的质量分数为5.47%时堆焊层耐磨性最佳的结论。刘政军等[12]采用明弧自保护法制备Fe–Cr–C–B–Nb 系耐磨合金，发现当堆焊层中B 的质量分数为0.21%、Nb 的质量分数为1.44%时，堆焊合金具有较高的硬度和耐磨性。魏炜等[13]研究了V 对铁基碳化钨耐磨层组织和性能的影响，认为V 可以抑制WC 的分解，有效提高了堆焊层的耐磨性。但目前关于熔覆方式对熔覆层组织结构和性能影响的研究较少。而在电弧增材制造高强度耐磨层时，熔覆方式是一个必选项。本文通过改变焊道覆盖率，对比了采用不同熔覆方式所得熔覆层的性能和组织结构，为实际生产中熔覆方式的选择提供借鉴。
某零件对熔覆增材层要求如下：母...
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