Page 85 - 机械工程材料2025年第三期

张 宇，等：焊接电流对Ni60/Cr3C2等离子堆焊层组织及性能的影响

Q235钢基体之间形成了良好的冶金结合。Ni60合 形成碳化物；这可能会降低堆焊层与基体间的结合
金堆焊层由大量白亮的树枝晶组成，结合XRD谱推 强度。
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断该组织可能为γ-Ni（Fe） 固溶体，此外有少数黑色 由图6可以看出：2 堆焊层由于焊接电流较小
颗粒相分布在树枝晶间隙附近，推测其为碳化物和 （110 A），热输入较低，只有少量Cr 3 C 2 熔化，因此只
硼化物。不同焊接电流下的Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层中都 出现了块状组织，间隙分布有少量黑色碳化物颗粒
存在大量白亮的组织，推断该组织为γ-Ni（Fe）固溶 相；3 堆焊层（焊接电流120 A）中出现零散的长杆
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体；固溶体周围弥散分布着许多黑色细小颗粒，推测 状和不规则块状组织，碳化物数量增多；4 堆焊层（焊
其为碳化物和硼化物，如Cr 7 C 3 、Cr 23 C 6 、CrB等。相 接电流130 A）中存在明显细化的块状组织和长杆状
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比于Ni60合金堆焊层，Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层中γ-Ni（Fe） 组织以及大量碳化物；5 堆焊层（焊接电流140 A）中
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固溶体的分布更加均匀，晶粒也更为细小，强化相 未发现长杆状组织，且块状组织变得粗大，与4 堆焊
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数量更多。在熔池中存在的Cr 3 C 2 颗粒可以在凝固 层相比，碳化物数量减少。此外，3 堆焊层和4 堆焊
过程中作为异质形核核心，从而得到更加细小的晶 层中出现以圆形颗粒为中心，周围长杆状组织径向
粒；同时，Cr 3 C 2 的添加也有助于更多碳化物颗粒的 生长的花状形貌组织。在形成M 23 C 6 型和M 7 C 3 型等
形成。随着焊接电流的增大，Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层中 碳化物的过程中，组织以Cr 3 C 2 颗粒为形核核心向四
白亮层的厚度减小，这是由于焊接电流增加使得热 周扩散生长，因此在堆焊层中存在以碳化铬为中心
输入增大，熔池冷却速率变慢，更多的碳原子扩散 的花状形貌组织。

图 6 不同 Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层的显微组织
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Fig. 6 Microstructures of different Ni60/Cr 3 C 2 surfacing layers: (a) 2 surfacing layer; (b) 3 surfacing layer;
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(c) 4 surfacing layer and (d) 5 surfacing layer
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2.4 对硬度的影响 是由于Cr 3 C 2 颗粒的添加使得堆焊层中形成大量碳
由图7可以看出，各堆焊层的截面硬度分布规 化物，从而起到细晶强化和弥散强化的作用。此外，
律基本一致，随着距表面距离的增加，硬度先基本 未熔Cr 3 C 2 颗粒成为形核核心，促使大块碳化物的生
不变，然后在熔合线附近迅速下降至基体硬度，这 成，并杂乱地分布在基体中，从而使堆焊层的硬度分
表明表面堆焊层性能保持良好 ［17］ 。当焊接电流在 布出现一定的波动。
110~140 A时，Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层的显微硬度为 由图 8 可以看出，相较于Ni60 合金堆焊层，

677~763 HV，为基体硬度的5.3~6.0倍。Ni60/Cr 3 C 2 Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层的硬度更高。随着焊接电流的增
堆焊层的平均显微硬度均高于Ni60合金堆焊层。这 加，Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层的硬度先升后降，当焊接电

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