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迄今为止,高碳合金钢材料的焊接理论仍未完善。 随着全球工业产值的飞速增长,作为工具、模具材料,高碳合金钢(碳当量1.5%～2.5%,硬度HRC55～65)用量空前扩大。而工具的昂贵价格和高附加值,迫切地提出用焊接的方法延长其使用寿命的一系列研究课题。 高碳合金钢母材的焊接主要是满足工具恢复尺寸、修复再生、预制强化层等工程要求。目前,最普遍采用的是C-Cr-W-Mo系高碳合金钢型熔敷金属。为了保证抗裂性,采用350～500℃高温预热焊或焊后热处理等工艺措施作为补救方法。美国MG公司的MG700和国产D317A堆焊焊条的成分及其对热焊的附加工艺要求基本代表了国内外当前的这一现状。 在理论或学术研究领域,作为高碳C-Cr-W-Mo系熔敷金属基本强化相的孪晶马氏体成为国内外研究的主题内容,在韧性研究方面,则把残余奥氏体(A_r)视为韧化相。孪晶马氏体的固溶强化使熔敷金属的硬度高、脆性大,A_r的增韧作用有很大局限性。由于对高碳合金钢焊接的一系列研究多处于不定论、不成熟阶段,致使目前教科书、工具书上相关内容仍为空白。 经大量试验及筛选,本文选定高碳的C-Nb-Ti-V为本文研究的基本合金系,这一新合金系在熔敷金属的强化方式、碳的分配与控制、显微组织的可控性等诸方面均有利于创新性试验和分析。 以药皮焊条为载体过渡合金元素,以便能够便捷地调配大量的试验方案。以电弧冷焊为基本手段制备试样。采用SEM、TEM、EPMA、X射线衍射等分析方法对C-Ti、C-Nb、C-V、C-Ti-V、C-Nb-Ti-V系的熔敷金属进行了研究。主要研究内容如下: (1)碳化物形成热力学计算 对合金元素的活度相互作用系数进行处理,编制了计算机Visual Basic程序,利用高温热力学参数对碳化物标准摩尔生成自由能及多元合金Fe基熔体中碳化物生成条件进行了计算。 ZrC、TiC、NbC在温度达3000K以上时仍可由纯金属与石墨反应生成,其中ZrC形成倾向最大;VC在2200-3000K温度范围内也满足热力学条件,但热力学驱动力较小。 在Fe基熔体中,TiC、NbC比ZrC更易于由液态金属中析出,Nb、Ti在