湘 潭 大 学
机械工程学院
本科毕业设计（论文）开题报告
题 目 姓 名 专 业 指导教师 填写时间
2012年 4月
高温耐磨堆焊焊条的研制 全之龙 材料成型及控制工程
龚建勋
学号 班级 职称
2012年 4月 6日
2008500922 08材一 副教授
说 明
1．根据湘潭大学《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见，系主任批准后实施。
2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。
3．毕业设计(论文)开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。
4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字。
5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。
6. 填写说明：
(1) 课题性质：可填写A．工程设计；B．论文；C. 工程技术研究；E.
其它。 (2) 课题来源：可填写A．自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；
B．企、事业单位委托课题；C．校级基金课题；D．自拟课题。 (3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。 (4) 参考文献不能少于10篇。
(5) 填写内容的字体大小为小四，表格所留空不够可增页。
本科毕业设计(论文)开题报告
学生姓名 全之龙 指导教师 龚建勋 课题来源 课题名称 学 号 职 称 D 2008500922 副教授 专 业 所在系 课题性质 材料成型及控制工程 材料工程系 B 奥氏体埋弧药芯焊丝的研究 一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况 选题依据 耐磨堆焊焊条在矿山、力、水泥等行业应用非常广泛．在焊接工艺中，堆焊除了可以显著提高工件的使用寿命，节省制造、维修费用外，还可以减少修理和更换磨损件的时间，从而提高生产率降低生产成本．由于应用堆焊能更合理地利用材料，从而获得优异的综合性能。用一般堆焊焊条施焊的工件，其作温度超过300℃时，耐磨性随着工作温度的升高而急剧下降．为了解决高温工况下，堆焊工件仍具有很好的耐磨性，运用合理的试验方法，研究堆焊焊条的主要成份、含量药皮渣系对堆焊层综合性能的影响规律，探讨其中各种合金元素的合理匹配及稀土元的作用，研制出一种新型的耐磨耐热堆焊焊条。 课题的意义 磨损是机械零件失效的三大方式（磨损，腐蚀，断裂）之一。随着现代工业和科学技术的飞速发展，机械零件经常处于高温高压等异常复杂和苛刻的工作条件下，以致于大量机械设备因磨损、腐蚀、磨蚀而报废。磨损不仅消耗能源、耗费材料，而且由于磨损而更换零件时需修理、停工等，消耗了大量的人力和物力，降低劳动生产率等，甚至造成设备与人身事故，所以目前各国对磨损与耐磨材料的研究，特别是在工业发达的国家，越来越引起人们重视。。 国内外基本研究情况
国内外目前已经开发的高温耐磨堆焊材料品种较多，主要分为铁基高温耐磨堆焊材料、钴基高温耐磨堆焊材料和镍基高温耐磨堆焊材料3大类。虽然国内外已有不少科技工作者试图通过在铁基合金中加入大量的Cr，Mo，W，V，i，Mn等元素研制出一系列的铁基高温耐磨堆焊合金来代替钴基堆焊合金，但用铁基堆焊合金生产或修复的工件长期在高温(600℃上)条件下工作时，其结果并不理想 ，在许多情况下仍主要采用钴基合金来生产或修复高温工作件 。虽然钴基合金 在抗蚀 、耐磨 以及热稳定性 等性能方面均有突出的优点，但实际应用却有一定困难：Co是稀有金属，价格十分昂贵，且堆焊时易产生裂纹。镍基合金也是一种优良的抗高温、耐磨损的堆焊材料，其价格较钴基合金低得多(仅约为钴基的1／2)。 二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施 研究内容 采用H08A低碳钢为焊芯，通过在药皮中加入相应成分的合金粉末来过渡金属元素．药皮中的合金粉末在电弧的熔化、搅拌作用下，迅速向熔滴中过渡合金元素，当熔滴与母材接触时，在重力和表面张力的作用下迅速过渡到工件上。焊条为酸性熔渣，对母材表面油锈不敏感，对被修复工件要求不严格，熔渣比重小、熔点低，不易产生夹渣. 预计达到的目标 预计最终研究得到一优良的药粉配方，使堆焊层获得优良的机械性能和良好的焊接工艺性。保留钛钙型药皮电弧燃烧稳定，容易脱渣、飞溅小、成型美观、交直流两用的特点。 关键理论和技术、技术指标 碳和各种合金元素对堆焊焊条的高温耐磨性能的影响。 通常随着碳含量和合金元素含量的提高，堆焊金属的硬度提高，耐磨性增加，但抗冲击能力降低。当有奥氏体组织存在时，其硬度明显下降，耐磨性变差，但抗冲击能力明显提高。当有马氏体组织产生时，包括奥氏体加工产生的马氏体，都会使其硬度提高，耐磨性改善，但抗冲击的能力下降。珠光体组织的堆焊层易于机械加工，抗裂性能良好。
2.1 C的影响 在堆焊金属成分中，C是影响性能的重要因素．C能够与大多数合金元素形成化合物，增加堆焊层碳化物含量，提高耐热及耐磨性，溶入基体形成固溶体，提高硬度，但C元素也最易形成先共析或共析网状碳化物，破坏焊层的韧性。实验中可通过加人适量的变质剂，可以适当抑制碳化物的生成，提高堆焊层的韧性，实现硬度韧性、耐磨性的统一。 2.2 Cr的影响 Cr是提高淬透性的元素，能够形成稳定的碳化物，在C含量较高C含量较低时，焊条具有很高的抗应力磨料磨损和耐热、耐蚀性能，它的耐磨性取决于碳化物的数量和分布Cr。同时也是铁素体形成元素，加入适量的Cr可以提高堆焊层中铁素体的含量及强度，改善焊层的韧性。但加入量过多，易形成粗大铁素体或网状组织，降低韧性。 2.3 Mo的作用 Mo的主要作用是在一定范围能细化晶粒，使堆焊层金属硬度与韧性增加。Mo是碳化物形成元素，与C结合形成硬度很高的MoC，提高基体的硬度．Mo含量过高对冲击韧性不利，并提高焊条成本。 2.4 W的作用 W是贵重金属，能显著提高堆焊层的耐磨性。为了降低成本，应尽可能减少W的用量，可用适量的Mo代替。 2.5 Ti、V、Nb的作用 Ti，V，Nb是强碳化物形成元素，与C结合能形成高硬度的碳化物质点，减少固溶C的数量，提高堆焊层的抗裂性能．这类碳化物具有熔点高、硬度高、晶粒细小、弥散分布的特点。提高堆焊层的韧性及抗高温性能。 2.6 稀土的作用 稀土元素作为一种微量合金剂加人焊条药皮中，可以改变夹杂物形态并减少夹杂物的数量，提高高温抗裂性能，细化晶粒，提高堆焊层的韧性．对改善焊条的焊接性能，提高电弧稳定性也能起到很好的作用。
完成课题的方案和主要措施 1.堆焊金属化学成分的设计 1.1通过实验分析，得出堆焊层金属化学成分的设计范围，见表1 表 1 堆焊金属化学成分设计范围 ％ C 0.8-1.5 Cr ≤10 Mo ≤3 W ≤2 Tv、V、Nb ≤5 稀土 适量 其他 适量 1.2 依据前面选定的渣系，计算出熔渣的碱度B，再根据熔渣碱度B与焊条药皮中合金元素的过渡规律，计算出焊条药皮中合金元素的加人量。 熔渣的碱度 B 由下列公式确定 B=0.18CaO0.15MgO0.06CaF20.14Na2OK2O0.07MnOFeO 0.17SiO20.05TiO2Al2O32、堆焊金属性能试验 2.1硬度测试 按GB984—85标准制备样板．样板尺寸为100mm×50mm×20mm，堆焊4层，每层6道焊缝，焊道长度不小于70mm．堆焊工艺规范：4mm焊条，焊接(交流)电流 160A，电弧电压24V，层间温度 100±10℃，焊条烘干温度400℃×1h．焊前不预热，两层堆焊之间清理渣皮，焊完自然冷却至室温后用砂轮打磨平整．用HR一150洛氏硬度计按GB984— 85《堆焊焊条》标准测定，记录结果。 有前人做过相关研究，实验数据如下 堆焊层硬度值（a、b、c、d为试样） HRC a b c d 1 60.3 60.7 59.8 60.2 2 59.3 61.4 60.3 58.2 3 61.2 57.1 60.1 60.5 4 60.1 61.3 61.1 61.6
2.2 耐热性能测试 将经过2.1方法测定过硬度值的试板，经900℃高温加热30min，炉冷至室温后，用砂轮机打磨平整，依2.1同样的方法测定硬度，得出结果。 前人所做实验数据如下 堆焊层硬度值（a、b、c、d为试样） HRC a b c d 1 55.3 55.9 55.4 54.8 2 55.7 56.0 53.9 53.8 3 51.7 55.4 55.0 55.1 4 55.1 55.3 54.3 55.4 三、主要特色和目前工作进度 主要特色 新研制的高温耐磨堆焊焊条交直流两用，焊条具有良好的焊接工艺性能，电弧燃烧稳定，易引弧，易脱渣，飞溅小，成型美观．堆焊层经900℃退火，硬度仅下降8％～9％，堆焊的工件具有良好的抗高温耐磨性能。堆焊层组织为马氏体+碳化物。是理想的堆焊组织。 目前工作进度： 1~2周查资料，初步了解课题并做论文翻译； 3~5周完成开题报告； 6~8周制定实验方案； 9~10周做实验； 11~14周撰写论文准备答辩 四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出） [1]韩永传.高温耐磨堆焊焊条的研究.山东.烟台大学学报.(2003)02-0129·04 [2]汪中玮，张清辉. 高温耐磨无渣堆焊焊条的研制.湖南.焊接设备与材料. (2005)02-0047-03. [3]尹士科.《焊接材料实用基础知识》.北京.化学工业出版社.2004.5 [4]徐自立.《高温金属材料的性能、强度设计及工程应用》.北京.化学工业出
版社。2006.3 [5]杨根喜，石端虎，印有胜，黄传辉，电站阀门封面高温耐磨堆焊焊条的研究，合肥工业大学学报（自然科学版）第33卷第二期，2010年2月。 [6]刘政军,李永奎，陈宏，刘臣，王春志，铁基高温耐磨堆焊焊条的设计，沈阳工业大学学报，第26卷第4期2004年8月。 指导教师 指导教师签名： 意 见 系意见 系主任签名： 年 月 日 教学院长签名： 年 月 日 院意见 年 月 日
