專利名稱：一種中鉻含硼鐵基耐磨堆焊用藥芯焊絲及堆焊合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種中鉻含硼鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲及堆焊合金的制備方法，可廣泛用于電力、冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中機(jī)械耐磨件的修復(fù)和制造。
背景技術(shù)：
磨損是造成機(jī)械失效的主要原因之一，其中磨粒磨損占到50%以上。在現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)發(fā)展中，機(jī)械設(shè)備及其零件在使用中對材料耐磨損性的要求越來越高，使用壽命越來越成為影響現(xiàn)代設(shè)備生產(chǎn)效率的重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家約30%的能源是以不同形式消耗在磨損上的，近年來我國每年消耗金屬耐磨材料約達(dá)300萬噸以上，各行業(yè)也已陸續(xù)進(jìn)口了高達(dá)1000億美元的設(shè)備部件。堆焊合金的耐磨性取決于所含硬質(zhì)相的尺寸、形態(tài)、分布及其化學(xué)成分，而韌性則與其基體組織性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)及分布等相關(guān)。碳化物硬質(zhì)相包括鉻在堆焊合金中與碳鐵形成的M7C3 (HV1300 1800)、碳化鎢(HVMOO)、碳化鈮(HVMOO)、碳化釩(HV2800)和碳化鉬(HV2200)等，這些高硬度的碳化物顯著提高了堆焊合金的耐磨性，但鎢、鉬、鈮、釩這些元素一般都比較貴重，另外，此類元素主要是靠本身與碳形成硬度更高的化合物來提高耐磨性。我國硼資源廉價且豐富，硼與鐵形成的 ^Β(Ην 800 2000)和Fe2B(HV1400 1800)的硬度遠(yuǎn)高于i^e3C(HV800 900)，硼化物顯微硬度較高的還有鉻硼(HV2100)、碳化硼(3700HV)、二硼化鈦(HV3400)等，這些硼化物能夠顯著提高堆焊合金的耐磨性，且成本低廉。公開號為CN1775454A專利涉及一種高抗裂耐磨高鉻鑄鐵型堆焊藥芯焊絲，其特征在于所述的藥芯成分含量如下43 70wt. %碳化鉻，10 25wt. %釩鐵，1 5wt. % 75#硅鐵，3 8wt. %金屬錳，1 3wt. %鋁鎂合金，2 5wt. %硼鐵，2 6wt. %鈦鐵，1 5wt. % 鈮鐵，2 8wt. %鉬鐵。其耐磨機(jī)制主要靠M7C3型碳化物作為耐磨骨架，該發(fā)明耐磨性好但脆性大容易剝落。又例如公開號為CN1714987A專利涉及一種高鉻不銹耐磨藥芯焊絲，該發(fā)明以低碳鋼帶為外層包皮，其內(nèi)的粉芯組成重量比為高鉻鑄鐵36 42，微碳鑄鐵沈 32，金屬鉻粉15 17，鉬鐵2 4，釩鐵3 5，碳化鎢4 6，硼鐵5 8，鎳粉2 4，鈮粉 2 5，稀土硅2 3，填充量為0. 49 0. 52，該發(fā)明耐磨性較好但脆性大易開裂。以上兩個專利所涉及的藥芯焊絲均添加了較多的貴重金屬，造成成本過高。因此，開發(fā)一種成本低廉，耐磨性較好的堆焊合金具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于用顯微硬度較高的硼化物(主要是!^e2B)做為堆焊合金耐磨骨架，大大提高了堆焊合金的耐磨性，同時較少了貴重金屬元素的添加，降低了成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案。一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，焊絲各元素成分范圍如下Cr 8. 4-16. 8wt. % ；B 0. 55-5. 55wt. % ；C :0. 17-1. 67% wt. % ；Fe 余量。所述的藥芯粉末包括低碳鉻鐵、碳化硼粉末、泥狀石墨、硼鐵粉末、金屬鐵粉，藥芯焊絲外皮帶材為304L不銹鋼帶，芯焊絲填充率25-27%。優(yōu)選所述藥芯焊絲，焊絲各元素成分范圍優(yōu)選如下Cr :12. 2-16. 8wt. % ；B 1. 1-5. 55wt. % ；C 0. 33-1. 67% wt. % ；Fe 余量。在堆焊過程中，各元素的過度系數(shù)分別按如下數(shù)據(jù)處理Cr-95% ；B-90 % ； C-60%。采用本發(fā)明上述藥芯焊絲制備一種含!^e2B硬質(zhì)相鐵基耐磨堆焊合金的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，將上述藥芯焊絲軋制，最終獲得直徑為1. 6mm的粉芯絲材。步驟2，采用二氧化碳?xì)獗：钢苽涠押负辖鸸に?，焊接工藝參?shù)為電壓25-35V ； 電流180-M0A ；送絲速度380-500mm/min ；氣體流速15_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離15-30mm。步驟2所述堆焊工藝進(jìn)行優(yōu)化，將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓25-30V ；電流 180-220A ；送絲速度:400-500mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離 18-28mm。在堆焊合金中各元素的含量在如下范圍內(nèi)Cr 8 16wt. % ;B :0. 5 5wt. % ;C 0. 1 lwt. % ；Fe 余量。在堆焊合金中形成的合金元素含量范圍優(yōu)選如下Cr :11. 6_16wt. % ；B 3-5wt. % ；C 0. 2-1% wt. % ；Fe 余量。采用這種藥芯焊絲在上述工藝條件下制備的堆焊合金，硼主要以!^e2B形式存在， 鉻主要以碳化物形式存在并分布于基體之中，硼化物(主要是!^e2B)做為合金的主要耐磨骨架，耐磨性較好，完全可以滿足電力、冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中大部分對機(jī)械零件耐磨性的要求，而且沒有添加貴重金屬，很好的控制了生產(chǎn)成本。藥芯焊絲中主要成分作用如下鉻可顯著提高合金的淬透性，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，促進(jìn)馬氏體的形成。在鐵鉻合金中， 鉻具有穩(wěn)定I^e2B相的作用，同時鉻是生成硬質(zhì)相CrB的元素，鉻含量增加，合金中硬質(zhì)相增加，合金相對耐磨性及耐腐蝕性能提高。但鉻有縮小Y區(qū)的作用，使堆焊合金共晶組織硬度下降，同時含鉻量過高，有生成脆性σ相的傾向，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)堆焊合金中Cr含量為 8 16wt. %。硼硼是鉻硼耐磨堆焊藥芯焊絲的主要合金元素，主要是為了獲得高硬度的硼化物，從而提高堆焊合金的耐磨性。堆焊合金硬度及相對耐磨性隨著硼含量的增加而提高，堆焊合金硼化物體積分?jǐn)?shù)隨著硼含量的增加而增加，但硼含量過高易引起“硼脆”，降低合金耐磨性，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)堆焊合金中B含量為0. 5 5wt. %。碳是強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，并能降低Ms點(diǎn)。適量的碳對堆焊合金耐磨性有一定的幫助，但含量過高堆焊合金脆性變大，使材料的沖擊韌度下降。因此本發(fā)明設(shè)計(jì)堆焊合金中C含量為0. 1 lwt. %。本發(fā)明的主要特點(diǎn)是堆焊合金中的Cr主要有藥芯焊絲外皮304L不銹鋼帶過渡， 集中Cr和B兩個元素在耐磨粒磨損方面的優(yōu)勢，以硼化物(主要是!^e2B)做為合金主要耐磨骨架，并減少稀有貴重元素的添加，既提高了合金的耐磨性又降低了成本，用本發(fā)明研制的堆焊合金制備的堆焊合金含有高硬度的 ^2Β，合金硬度更高，能達(dá)到68HRC，提高了耐磨性，降低了成本。本發(fā)明中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲可以加入鎳及稀土元素，形成細(xì)小的硬質(zhì)相 (硼化物、碳化物)，減少“硼脆”，進(jìn)而提高堆焊合金的性能。


圖1實(shí)例2金相組織圖；圖2實(shí)例3金相組織圖；圖3實(shí)例2堆焊合金XRD圖；圖4實(shí)例1-10堆焊合金相對耐磨性變化規(guī)律。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的藥芯焊絲不受上述實(shí)例的限制，任何在本發(fā)明的權(quán)利要求書要求保護(hù)的范圍內(nèi)的改進(jìn)和變化都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。選用12 X 0. 3 (寬度為12mm，厚度為0. 3mm)的304L不銹鋼帶為藥芯焊絲外皮，先將其軋成U形。低碳鉻鐵、碳化硼粉末、泥狀石墨、硼鐵粉末、金屬鐵粉等配制成藥粉，所取粉末的粒度為能通過60目的篩子。將所取的各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形304L不銹鋼帶槽中，填充率為25-27 %，將U形槽合口，使藥粉包裹其中。 然后使其分別通過直徑為3. 0,2. 6,2. 2,1. 8,1. 6的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1. 6mm。具體實(shí)施例如下1、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :16.8% ；B 5.6% ；C 1.3% ；狗余量。藥芯焊絲填充率25%。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓32V ；電流230A ；送絲速度500mm/min ；氣體流速25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離^mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為=Cr :16wt. % ；B :5wt. % ；C :0. 8wt. % ；Fe余量。2、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :15.8% ；B 4. 4% ；C 1.0% Je余量。藥芯焊絲填充率沈％。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓30V ；電流220A ；送絲速度480mm/min ；氣體流速23L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離^mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為=Cr :15wt. % ；B :4wt. % ；C 0. 6wt. % Je余量，金相組織圖見圖1，堆焊合金XRD圖見圖3。3、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :14. 7% ；B :3. 3% ；C 0. 67%; 余量。藥芯焊絲填充率沈％。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓^V ；電流210A ；送絲速度450mm/min ；氣體流速21L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離Mmm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為Cr :14wt. % ；B :3wt. % ；C 0. 4wt. % Je余量，金相組織圖見圖2。4、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :13. 7% ；B :2. 2% ；C 0.3% ；狗余量。藥芯焊絲填充率沈％。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓27V ；電流200A ；送絲速度420mm/min ；氣體流速19L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離22mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為Cr :13wt. % ；B :2wt. % ；C :0. 2wt. % ；Fe余量。
5、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :12.6% ；B :1. 1% ；C 0.3% ；狗余量。藥芯焊絲填充率沈％。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓^V ；電流190A ；送絲速度410mm/min ；氣體流速18L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離20mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為=Cr :12wt. % ；B =Iwt. % ；C :0. 2wt. % ；Fe余量。6、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr ；B:l. 1% ；C 0.5% ；狗余量。藥芯焊絲填充率27%。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓25V ；電流190A ；送絲速度400mm/min ；氣體流速20L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為=Cr 11. 6wt. % ；B =Iwt. % ；C :0. 3wt. % ；Fe余量。7、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :13. 7% ；B :2. 2% ；C
0.67%; 余量。藥芯焊絲填充率沈％。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓^V ；電流195A ；送絲速度420mm/min ；氣體流速18L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離20mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為Cr :13wt. % ；B :2wt. % ；C :0. 4wt. % ；Fe 余量。8、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :15.8% ；B 5.6% ；C
1.0%;! 余量。藥芯焊絲填充率J6%。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓 ^V ；電流200A ；送絲速度430mm/min ；氣體流速19L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離20mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為=Cr :15wt. % ；B :3wt. % ；C :0. 6wt. % ；Fe余量。9、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為Cr :16.8% ；B 4. 4% ；C 1.3% ；狗余量。藥芯焊絲填充率沈％。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓27V ；電流210A ；送絲速度450mm/min ；氣體流速20L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為=Cr :16wt. % ；B :4wt. % ；C :0. 8wt. % ；Fe余量。10、一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，焊絲成分重量比為0:14.7^0:5.6%^: 1.0% ；狗余量。藥芯焊絲填充率25%。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓30V ；電流220A ；送絲速度470mm/min ；氣體流速22L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離23mm。 采用上述工藝制備的堆焊合金成分為=Cr :14wt. % ；B :5wt. % ；C :0. 6wt. % ；Fe余量。其中以實(shí)施例2最好。各實(shí)施例所制備堆焊合金性能檢測如下所述1.對實(shí)例堆焊合金熔敷金屬硬度測試如下表1為洛氏硬度值，所打硬度均采用HR 150A洛氏硬度機(jī)，載荷為150Kg，打五個
點(diǎn)后取平均值。表1各實(shí)施例堆焊合金熔敷金屬硬度值(HRC)
權(quán)利要求
1.一種中鉻含硼耐磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于，焊絲各元素成分范圍如下 Cr 8. 4-16. 8wt. % ；B :0. 55-5. 55wt. % ；C :0. 17-1. 67% wt. % ；Fe 余量。
2.按照權(quán)利要求1的藥芯焊絲，其特征在于，焊絲各元素成分范圍如下Cr 12. 2-16. 8wt. % ；B 1. 1-5. 55wt. % ；C 0. 33-1. 67% wt. % ；Fe 余量。
3.按照權(quán)利要求1的藥芯焊絲，其特征在于，所述的藥芯粉末包括低碳鉻鐵、碳化硼粉末、泥狀石墨、硼鐵粉末、金屬鐵粉，藥芯焊絲外皮帶材為304L不銹鋼帶，芯焊絲填充率 25-27%。
4.采用權(quán)利要求1的焊絲制備一種含F(xiàn)e2B硬質(zhì)相鐵基耐磨堆焊合金的方法， 其特征在于，包括如下步驟步驟1，將上述藥芯焊絲軋制，最終獲得直徑為1. 6mm的粉芯絲材； 步驟2，采用二氧化碳?xì)獗：钢苽涠押负辖鸸に?，焊接工藝參?shù)為電壓25-35V ；電流180-M0A ；送絲速度380-500mm/min ；氣體流速15_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離 15-30mmo
5.按照權(quán)利要求4的制備方法，其特征在于，步驟2所述焊接工藝參數(shù)為 電壓25-30V ；電流180-220A ；送絲速度400-500mm/min ；氣體流速 18-25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離18_28mm。
6.按照權(quán)利要求4的方法制備的堆焊合金，其特征在于，堆焊合金中各元素的含量在如下范圍內(nèi)Cr 8 16wt. % ；B :0. 5 5wt. % ；C :0. 1 Iwt. % ；Fe 余量。
7.按照權(quán)利要求4的方法制備的堆焊合金，其特征在于，堆焊合金中各元素的含量在如下范圍內(nèi)Cr :11. 6-16wt. % ；B :3_5wt. % ；C :0. 2-1% wt. % ；Fe 余量。
全文摘要
一種中鉻含硼鐵基耐磨堆焊用藥芯焊絲及堆焊合金的制備方法，屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。焊絲各元素成分范圍如下Cr8.4-16.8wt.％；B0.55-5.55wt.％；C0.17-1.67％wt.％；Fe余量。制備堆焊合金的方法，步驟如下將焊絲軋制到直徑為1.6mm；采用二氧化碳?xì)獗：钢苽涠押负辖鸸に?，焊接工藝參?shù)為電壓25-35V；電流180-240A；送絲速度380-500mm/min；氣體流速15-25L/min；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離15-30mm。用本發(fā)明研制的堆焊合金制備的堆焊合金含有高硬度的Fe2B，合金硬度更高，能達(dá)到68HRC，提高了耐磨性，降低了成本。
文檔編號B23K35/30GK102380716SQ201110265660
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者萬國力, 周正, 崔麗, 李曉延, 王智慧, 蔣建敏, 賀定勇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)