將超硬合金成型體破碎粒子熔融于母材形成超硬層的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及將超硬合金成型體破碎粒子熔融于母材形成超硬層的方法，使用破碎超硬合金成型體而成的粒子狀材料，利用電弧在具有耐磨耗性和耐沖擊性的母材表面形成超硬層，超硬合金成型體由碳化鎢、碳化鈦等物質(zhì)形成，用于在車床或銑床等工作機械切削金屬。本發(fā)明的超硬層形成方法包括：對廢棄的超硬合金進行粉碎或破碎來準備超硬合金粒子的步驟；將超硬合金粒子放置于母材上的步驟；以利用電弧焊接的方式對放置有超硬合金粒子的母材進行熔融來形成焊接熔覆層的步驟；在借助電弧形成焊接熔覆層后冷卻熔池之前，將超硬粒子均勻分布在熔池上來進行熔融的步驟；以及對借助焊接熔覆層而形成的合金鋼包覆層進行后熱處理的步驟。
【專利說明】
將超硬合金成型體破碎粒子熔融于母材形成超硬層的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及如下的超硬層形成方法:上述超硬層形成方法使用破碎超硬合金成型體而成的粒子狀材料，利用電弧在具有耐磨耗性和耐沖擊性的母材表面形成超硬層，上述超硬合金成型體由碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)等物質(zhì)形成，用于在車床或銑床等工作機械切削金屬。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)現(xiàn)場有需要超高度的耐磨耗性的部位的情況下，使用高硬度的碳化鎢、碳化絡(luò)、碳化鈦、碳化硼等的金屬粉末，以高速氧液(HV0F，High Velocity Oxygen Fluid)噴射噴涂法和電弧噴涂法來形成超硬性耐磨耗層，從而制造組織致密、硬度非常高、耐磨耗性優(yōu)秀的合金層來使用。
[0003]但是，因這種方式需要使用超高價的金屬粉末，在產(chǎn)生的費用非常高、原料為超高價的這一點上只能限制實際生成的超硬合金層的厚度。
[0004]另一方面，近年來使用于工作機械的切削用合金有了顯著的發(fā)展，其中有如碳化鎢或碳化鈦等物質(zhì)。這些物質(zhì)硬度極高，在高溫下耐久性也強，能夠進行高質(zhì)量的切削加工，其質(zhì)量遠遠高于在這些物質(zhì)出現(xiàn)前使用的高速度鋼等合金鋼的切削加工。
[0005]因此，最近生產(chǎn)、消耗及廢棄超大量的這些超硬合金成型體，出現(xiàn)了通過再利用這種廢棄成型體來將耐磨耗性及耐沖擊性強的表面焊接熔覆層形成于母材上的嘗試，而且有了部分成功的案例。例如，有在處理巖石的重裝備鏟斗的磨耗嚴重的部位上，形成耐磨耗性表面焊接熔覆層來增大了 10倍左右的使用壽命的案例，此外，還有在很多需要耐磨耗性的部位上適用這種技術(shù)而取得成功的案例。
[0006]根據(jù)此項技術(shù)，在母材上進行電焊而生成的鋼鐵的熔池(POOL)上，撒上對超硬合金成型體進行細小粉碎而成的粒子狀物質(zhì)，根據(jù)比重差，使上述粒子狀物質(zhì)沉淀于鋼鐵熔池內(nèi)部，接著一邊使熔融的鋼冷卻固化，使這些超硬合金粒子與焊接棒鋼鐵相結(jié)合，來形成具有耐磨耗性的硬質(zhì)的焊接熔覆層。
[0007]但是，本發(fā)明人知曉了如下的缺陷:在以如上所述的以往技術(shù)形成的焊接熔覆層上混合固定的超硬合金粒子由于鋼鐵的磨耗，部分超硬合金粒子暴露在表面，暴露的粒子反復(fù)受到與巖石摩擦等的強力，會出現(xiàn)易于從焊接熔覆層掉落而脫落的現(xiàn)象。并且，通過研究結(jié)果，本發(fā)明人可以確認到這種缺陷的原因為，在超硬合金粒子在其邊界面未能與焊接棒熔融及冷卻而形成的鋼鐵之間以冶金學(xué)的方式緊密結(jié)合，而僅僅是接近于以機械的方式包圍并相結(jié)合的形態(tài)。
[0008]具有上述缺陷的以往的超硬合金焊接熔覆層完全無法用于同時受到強大的沖擊和磨耗的適用案例，例如，在作為工業(yè)用刀的一種的破碎機的破碎刀、粉碎刀或沙子等的主材生產(chǎn)用破碎機的部件等。即，這種技術(shù)不能替代通過以往的高速氧液噴射噴涂法和電弧噴涂法來形成超硬性耐磨耗層的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述的問題點而提出本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于，使以焊接的方式形成的鋼鐵的熔池的金屬與超硬合金粒子在邊界面以冶金學(xué)的方式構(gòu)成堅固的結(jié)合，從而在焊接熔覆層同時受到強大的力和磨耗作用的情況下，超硬合金粒子未從包圍周圍的鋼鐵掉出并脫落，能夠維持較長的壽命。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于，在在進行耐磨堆焊時，合理地調(diào)節(jié)超硬合金粒子受到的焊接熱，調(diào)節(jié)超硬合金粒子的大小分布，以使超硬合金粒子構(gòu)成具有最佳的耐久性的配置。
[0011]為了實現(xiàn)如上所述的目的，本發(fā)明提供包括超硬合金成型體破碎粒子的通過焊接的超硬合金層形成方法，其特征在于，包括:相比于產(chǎn)生焊接電弧及進行焊接電弧的部分，在前方的母材側(cè)，將粒子大小為3?4_左右的較大的超硬合金成型體破碎粒子和極少量的硬釬焊粉掉落在母材上進行焊接的步驟;相比于產(chǎn)生焊接電弧并進行焊接電弧的部分，在后方，將粒子大小為Imm以下的較小的基本粒子的超硬合金成型體破碎粒子掉落于焊接熔池中，使已形成的掉落于熔池的基本粒子的超硬合金借助剩余的熔池的溫度進行熔融，并構(gòu)成超硬層的步驟。
[0012]上述方法具體如下:幾乎在產(chǎn)生電弧的同時掉落于前方的超硬合金(3?4mm的大小)借助電弧完全被熔融，與母材的表面和焊接棒一同被熔融，并構(gòu)成一次超硬合金層，在尚未固化前的熔池中，第二次均勻掉落粉碎成非常微小的基本粒子(Imm以下)的超硬合金的同時，借助熔池的溫度進行熔融，再次形成超硬合金層。
[0013]由此，本發(fā)明提供超硬層形成方法，上述超硬層形成方法包括:將超硬合金粒子放置于母材上的步驟；以及形成焊接熔覆層的步驟，通過利用電弧的焊接對放置有上述超硬合金粒子母材進行熔融，直到母材與超硬合金粒子實質(zhì)性地在相同的時間點完全被熔融。
[0014]放置于上述母材上的超硬合金粒子的粒徑如下:在母材的厚度為5mm以上的情況下，粒徑可以為2?4_，并且在母材的厚度為5mm以下的情況下，粒徑可以為I?3_。
[0015]放置于上述母材上的上述超硬合金粒子所占的表面積與母材的表面積的比例可以為35%以上且70%以下。
[0016]在對上述母材和超硬合金粒子進行熔融時，可以追加硬釬焊粉來一同熔融。
[0017]在借助上述電弧形成焊接熔覆層后冷卻熔池之前，可以將超硬粒子均勻分布在熔池上來進行熔融。
[0018]分布在上述熔池的超硬粒子的直徑可以為Imm以下。
[0019]能夠以I?2mm的厚度將上述超硬粒子分布在上述恪池上。
[0020]可以對借助上述焊接熔覆層形成的合金鋼包覆層進行后熱處理。
[0021]上述超硬粒子可以將廢棄的超硬合金粉碎或破碎來使用。
[0022]并且，本發(fā)明提供根據(jù)上述超硬層形成方法來制備的具有超硬涂敷層的鋼或鋼制
τ?: 口廣PR ο
[0023]根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)生強熱的焊接電弧(或者焊接電阻熱)先作用于大的超硬合金粒子，從而將大的超硬合金粒子的溫度上升到適當(dāng)?shù)姆秶?，以使溫度達到可以促進上述焊接電弧與大的超硬合金粒子和焊接棒的鋼鐵相結(jié)合的程度，并且通過添加的硬釬焊成分，以冶金學(xué)的方式使從超硬合金粒子和焊接棒熔出的鋼鐵堅固地相結(jié)合，從而即便長期使用超硬合金粒子也能耐于強力并不會從焊接棒鋼鐵脫落，在焊接鋼鐵池形成之后進行冷卻前，將尺寸小的超硬合金粒子添加于鋼鐵熔池中，從而小的超硬合金粒子的溫度借助焊接熱不能過度地上升，因此可再一次形成超硬合金層。
[0024]并且，尺寸大的超硬合金粒子分布在下方被完全熔融，尺寸小的超硬粒子分布在表面周圍，具有在位于下方的大的粒子之間進行填補的作用，從而在提高對磨耗的抵抗性的同時，將對粒子脫落的耐久性最大化。
[0025]與上述的效果一同，本發(fā)明的具體效果將在對實施以下發(fā)明的具體事項進行說明的同時一同記述。
【具體實施方式】
[0026]以下，詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0027]本發(fā)明并不限定于在以下公開的實施例，能夠以相互不同的多種的形態(tài)實現(xiàn)，只是本實施例是為了向本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員完全告知發(fā)明的范疇而被提供，以使本發(fā)明完全被公開。
[0028]超硬粒子的分類
[0029]使用于本發(fā)明的超硬合金粒子，對于廢棄的鎢合金鋼，S卩W-C、W-Mo、W-N1-Cu等的鎢合金鋼進行爆破后，就像在白中搗碎谷物一樣，制作容器并在其內(nèi)部放入廢棄的鎢合金鋼，并利用沖壓再次進行破碎和粉碎作業(yè)來準備。
[0030]經(jīng)破碎(粉碎)的鎢粒子經(jīng)多級篩分機，按大小被篩選。在此情況下，在篩分機被截的大的粒子與經(jīng)過爆破的新的鎢合金鋼一起再投入到容器中，以沖壓的方式再次反復(fù)進行破碎和粉碎作業(yè)。
[0031]通過這樣反復(fù)的作業(yè)，通過多級篩分機的鎢粒子按粒徑進行分類。
[0032]假如按順序排列4mm目的第一篩分機、3mm目的第二篩分機、2mm目的第三篩分機、Imm目的第四篩分機并分類粒子，在粒徑(粒子的直徑)大于4mm的情況下，未通過第一篩分機，并再次以沖壓的方式進行粉碎作業(yè);在粒徑為3?4mm的情況下，只通過第一篩分機，而未通過第二篩分機，因此另行分類;在粒徑為2?3mm的情況下，通過第一篩分機和第二篩分機，而未通過第三篩分機，因此另行分類;在粒徑為I?2mm的情況下，通過第一篩分機、第二篩分機和第三篩分機，而未通過第四篩分機，因此另行分類;在粒徑為Imm以下的情況下，通過所有的篩分機而另行分類。
[0033]焊接熔覆層形成作業(yè)
[0034]根據(jù)本發(fā)明的包括超硬合金成型體破碎粒子的以耐磨耗性焊接的方式形成超硬合金層的方法，首先在要進行焊接的母材上放置鎢合金鋼粒子，并進行焊接。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行焊接時，母材、鎢合金鋼粒子和焊接鋼鐵都被熔融成類似的程度。
[0035]假如相比于母材與焊接鋼鐵，超硬粒子的熔融速度過于緩慢，以超硬粒子未完全被熔融的狀態(tài)形成焊接熔覆層，不能正常附著，因此若焊接熔覆層受到?jīng)_擊，則會產(chǎn)生超硬粒子脫落的問題。并且，相比于母材和焊接鋼鐵，超硬粒子過早地被熔融，會變成極高溫來被氧化或產(chǎn)生物性變化，反而產(chǎn)生剛度下降或工序后產(chǎn)生裂紋等的問題。
[0036]從實驗結(jié)果來看，在執(zhí)行焊接的母材大于大約5mm的情況下，某種程度上能夠確保焊接熔覆層，焊接時間充分，因此在使用具有2?4mm左右的粒徑的超硬合金粒子的情況下，能夠確認到母材與焊接鋼鐵的熔融執(zhí)行程度和超硬合金粒子的熔融執(zhí)行程度呈均衡。
[0037]并且，在執(zhí)行焊接的母材為5mm以下的情況下，不能充分地確保焊接熔覆層，因此在使用具有I?3mm左右的粒徑的超硬合金粒子的情況下，能夠確認母材與焊接鋼鐵的恪融執(zhí)行程度和超硬合金粒子的熔融執(zhí)行程度呈均衡。
[0038]在粒徑小于上述區(qū)間的情況下，因超硬粒子過早地被熔融而氧化或產(chǎn)生物性變化，反而會有降低剛度或工序后產(chǎn)生裂紋等的問題，在粒徑大于上述區(qū)間的情況下，超硬粒子僅有表面被熔融而形成焊接熔覆層，因此若受到?jīng)_擊，則會產(chǎn)生超硬粒子從焊接熔覆層脫落的問題。
[0039]其次，還要考慮使用何種程度的作為鎢破碎物的超硬粒子。從實驗結(jié)果來看，若放置于母材表面上的超硬粒子在母材表面上所占的表面積比例超過約70% (意味著在具有100的表面積的母材上放置70的表面積的超硬粒子)，則會產(chǎn)生母材無法正常被熔融的問題，(優(yōu)選地，母材和超硬粒子應(yīng)以類似的速度被熔融)，在約35%以下時，超硬組織在焊接熔覆層內(nèi)會變得過于稀疏，因而會喪失作為超硬的意義(即，無可符合超硬標(biāo)準的硬度)。
[0040 ]因此，將適當(dāng)?shù)牧?根據(jù)母材的厚度，為2?4mm或I?3mm左右)的超硬粒子按適當(dāng)?shù)谋砻娣e比例(35?70%左右)分布在母材上的狀態(tài)下，借助利用電弧的焊接裝置(電焊、0)2焊接、埋弧焊)使母材和鎢破碎物完全被熔融，來形成焊接熔覆層。
[0041]如此，優(yōu)選地，在母材表面放置超硬粒子進行焊接時，追加投入微量的硬釬焊粉。在追加硬釬焊成分的情況下，抑制鎢的析出傾向，以冶金學(xué)的方式可以更加堅固地使超硬和鋼鐵相結(jié)合。相比于放置于母材表面的超硬粒子，硬釬焊可以追加3%以下的體積比，更優(yōu)選地，可以追加I %以下的體積比。
[0042]其次，在冷卻熔池之前，將Imm以下的超硬粒子以I?2_厚度均勻掉落并分布在整個熔池，借助熔池的剩余熱對超硬粒子進行熔融的同時，在表面制成致密的超硬合金層，來形成具有高度的耐磨耗性、耐蝕性、耐熱性的鎢合金鋼包覆層。在最后撒布的超硬粒子為Imm以下時，可以借助熔池的剩余熱充分被熔融。
[0043]最后，對這樣形成的鎢合金鋼包覆層，利用低頻來進行低頻熱處理或以氧乙炔焊接機的乙炔過剩鹽進行后熱處理，可以穩(wěn)定熔融于表面的鎢包覆層，更加提高熔融層的硬度。
[0044]從實驗結(jié)果來看，在母材的表面上放置超硬粒子且形成焊接熔覆層的情況下，具有約62至64左右的硬度，如上所述，在焊接后在熔池撒布微小的超硬粒子，使表面更致密地構(gòu)成，硬度會上升到67至72左右，并基于此利用低頻等來進行熱處理，可以確認到硬度追加上升到3至4左右。
[0045]若根據(jù)本發(fā)明使用超硬粒子來進行焊接，則相比于使用前述的以往技術(shù)的金屬粉末，可以減少60?70%的成本，并且超硬合金層也可以形成得更厚，可以長時間維持高耐磨耗性、耐蝕性和耐熱性。
[0046]在本發(fā)明的實施例中，媽合金包覆層的厚度可以為4?12mm左右，根據(jù)現(xiàn)場的要求也可以大于4?12_。在厚度為4mm以上的情況下，可以通過數(shù)次分割來使焊接層硬化。假如在制作具有12mm的厚度的超硬合金包覆層時，可以通過如上所述的方法，將制成3?4mm左右的熔覆層的過程反復(fù)進行3?4次來制作。
[0047]通過這種方式制造具有超硬包覆層的鋼，假如制造鋼板后以等離子切割機切割，能夠以適合現(xiàn)場的方式使用，可以使需要耐磨耗的制鐵所連鑄輥或粉碎輥硬化來使用，還可以使用于玻璃廠、制鋼廠、制鐵所內(nèi)需要耐熱性的地方。并且，可以適用于刀刃等需要超硬層的多種鋼制產(chǎn)品。
[0048]如上所述，參照例示的附圖來對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限定于在本說明書公開的實施例和附圖，在本發(fā)明的技術(shù)思想的范疇內(nèi)，可由本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員進行多種變形，這是顯而易見的。與此同時，在前面說明本發(fā)明的實施例的同時，即使對根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成的作用效果未以明示的方式記載并進行說明，通過該構(gòu)成可以預(yù)測的效果也應(yīng)得到認可。
【主權(quán)項】
1.一種超硬層形成方法，其特征在于，包括: 將超硬合金粒子放置于母材上的步驟；以及 形成焊接熔覆層的步驟，通過利用電弧的焊接對放置有上述超硬合金粒子的母材進行熔融，直到母材與超硬合金粒子在相同的時間點完全被熔融。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬層形成方法，其特征在于，在母材的厚度為5mm以上的情況下，放置于上述母材上的超硬合金粒子的粒徑為2?4mm，在母材的厚度為5mm以下的情況下，放置于上述母材上的超硬合金粒子的粒徑為I?3mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超硬層形成方法，其特征在于，放置于上述母材上的超硬合金粒子所占的表面積與母材的表面積的比例為35%以上且70%以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超硬層形成方法，其特征在于，在對上述母材和超硬合金粒子進行熔融時，追加硬釬焊粉來一同熔融。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬層形成方法，其特征在于，在借助上述電弧形成焊接熔覆層后冷卻熔池之前，將超硬粒子均勻分布在熔池上來進行熔融。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超硬層形成方法，其特征在于，分布在上述熔池的超硬粒子的直徑為Imm以下。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超硬層形成方法，其特征在于，以I?2mm的厚度將上述超硬粒子分布在上述熔池上。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6中任一項所述的超硬層形成方法，其特征在于，對借助上述焊接熔覆層形成的合金鋼包覆層進行后熱處理。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6中任一項所述的超硬層形成方法，其特征在于，上述超硬粒子將廢棄的超硬合金進行粉碎或破碎來使用。10.—種具有超硬包覆層的鋼，其特征在于，通過根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6中任一項所述的超硬層形成方法來制備。
【文檔編號】B23K11/00GK106001853SQ201610182846
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】樸基弘
【申請人】樸基弘