Mo对Fe-B-C系堆焊合金组织及性能的影响——文献学习体会

研究背景与技术路线

本文发表于2023年《兵器材料科学与工程》第46卷第1期，作者团队来自湘潭大学机械工程与力学学院。研究采用"复合粉粒+H08A实心焊丝"埋弧焊方法，制备了Mo₂FeB₂和Fe₂B双相增强的Fe-Mo-B-C系耐磨合金，系统研究了钼含量对堆焊层显微组织与耐磨性能的影响规律。这一研究对于开发高性能耐磨堆焊材料具有重要的工程指导意义。

组织演变规律与相组成分析

文献揭示了Fe-Mo-B-C系堆焊合金的相组成与组织演变规律：

研究指出，随钼含量提高，初生Fe₂B相的体积分数降低，而Mo₂FeB₂相的数量明显提高。Mo₂FeB₂相的显微硬度可达1781 HV，其形态从共晶（α-Fe + Mo₂FeB₂）树枝状逐渐向初生硬质相的方块状转变，尺寸增加。这一组织演变规律表明，钼的加入改变了硼化物的形成路径与形貌特征。

基体为铁素体（α-Fe），硬质相包含Fe₂B、Mo₂FeB₂、M₃(B,C)等相。这种铁素体基体加多种硼化物硬质相的双相结构，是典型的"软基体+硬颗粒"耐磨合金设计思路。

耐磨性能与最优成分

磨损试验表明，该堆焊合金的耐磨性随钼含量变化呈现先改善后降低的趋势，在9% Mo（质量分数）时耐磨性最佳。这一"倒U型"规律可从以下角度理解：

• 低Mo区间：钼含量增加促进Mo₂FeB₂相形成，硬质相体积分数提高，耐磨性改善。
• 最优Mo区间：Mo₂FeB₂相的尺寸与分布达到最佳平衡，硬质相既足够硬以抵抗磨粒磨损，又不会因过大而导致脆性剥落。
• 高Mo区间：Mo₂FeB₂相尺寸过大，基体与硬质相界面结合力下降，在磨损过程中容易发生硬质相整体剥落，反而降低耐磨性。

文献特别强调"Mo₂FeB₂相大小对合金耐磨性至关重要"，这一结论对于实际生产中控制硼化物颗粒尺寸具有重要指导意义。

与工程实践的关联

Fe-Mo-B-C系耐磨堆焊合金可应用于以下工况：

• 矿山机械耐磨件：破碎机衬板、输送机溜槽等承受强烈磨粒磨损的部件。
• 水泥工业耐磨件：回转窑内衬、选粉机叶片等。
• 电力行业耐磨件：磨煤机磨辊、风机叶片等。
• 钢管与管件耐磨修复：对于承受物料冲刷的管道弯头、三通等管件，可采用此类耐磨堆焊层进行修复。

在实际应用中，需注意以下问题：堆焊层与基体的热膨胀系数匹配性、堆焊层的抗热疲劳性能、以及硬质相在冲击载荷下的剥落风险。9% Mo的最优成分可作为配方设计的起点，但实际应用中需根据具体工况调整硼碳比与钼含量。

学习心得与启示

本文体现了"复合粉粒"这一新型焊材形式在耐磨堆焊中的应用潜力。相比传统药芯焊丝或药皮焊条，复合粉粒埋弧焊具有熔敷效率高、成分控制精确、可引入多种增强相等优势。对于从事耐磨堆焊技术研发的技术人员而言，"双相增强"思路——即通过两种不同硬质相的协同作用获得最优耐磨性能——具有重要的方法论价值。单一硬质相往往难以兼顾硬度与韧性，而多相协同可以实现性能互补。9% Mo的最优成分点提醒我们，合金化元素的加入并非越多越好，关键在于找到各相体积分数与尺寸的平衡点。