专利名称：一种管状硬面堆焊材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及堆焊材料，尤其涉及一种管状硬面堆焊材料，主要用于钢 齿牙轮钻头齿面、掌尖及其他工程工具工作表面的耐磨强化。
背景技术：
众所周知，在石油钻探过程中，工作环境非常恶劣，机件磨损十分严 重；由于工况特殊，牙轮钢齿钻头齿面需堆焊一层耐磨材料。碳化钨是工 业上应用的除金刚石以外硬度最高、耐磨性最好的材料之一。牙轮钢齿钻 头齿面堆焊的传统工艺是采用管装粒状铸造碳化钨焊条，用氧一乙炔火焰 堆焊，但是铸造碳化钨在高温熔池中会溶解，在使用过程中也极易受冲击 而崩碎，对提高抗磨性能不利。而使用球形烧结碳化钩，虽然提高了硬质 颗粒的耐冲击性，但是球形烧结碳化钨材料硬度较低，且高温堆焊容易烧 损，降低了堆焊层的耐磨性。另外，支撑碳化鸭颗粒的基体金属必须要有 较高的强度、硬度和韧性，才能有效的支撑碳化钨，免使脱落。如果基体 太软，很容易被磨粒削掉，会造成碳化钨颗粒脱落；基体太硬，在应力作 用下本身就发生脆裂，无法支撑碳化钨，因而降低了堆焊层的耐磨性，最 终影响钻头的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种管状硬面堆焊材 料，能有效避免堆焊材料硬质颗粒在高温堆焊过程中的熔损，满意解决基 体金属的强度、硬度和韧性之间不匹配的问题，显著提高堆焊层的耐磨性。 本发明的目的通过以下技术方案来实现
一种管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其特征在于其组分具 有如下的重量百分比
钢铁 20 40%， 填充粉料 60 80%;
所述填充粉料的组分重量百分比-
单晶碳化钨粒子 3 5 75% ，
表面处理过的铸造碳化钨粒子20 60%， SiMn合金粉 2 6%， 树脂粉 0.2 0.6%， 稀土金属 0.1 2% 。
进一步地，上述的一种管状硬面堆焊材料，所述单晶碳化钨粒子的粒 度为40 200目。
更进一步地，上述的一种管状硬面堆焊材料，所述表面处理过的铸造 碳化钨粒子的粒度为40 100目，粒子外部为一层10 20pm厚由纳米级 碳化钨颗粒组成的包裹层，心部为针状的铸造碳化钨共晶组织。
更进一步地，上述的一种管状硬面堆焊材料，所述SiMn合金粉中Si 的重量百分含量为14 20%， Mn的重量百分含量为60 72% ， C的重量 百分含量为1 3%， P的重量百分含量为0.2 0.3%， S的重量百分含量为 0.4 0.5%，还会含有不可避免的杂质。
更进一步地，上述的一种管状硬面堆焊材料，所述树脂粉为酚醛树脂。
再进一步地，上述的一种管状硬面堆焊材料，所述稀土金属为Y、 La、 Yb、 Ce中的至少一种，加入形式为纯金属元素或含稀土元素合金粉或含 稀土元素氧化物，或上述一种或任意几种的混合物。
再进一步地，上述的一种管状硬面堆焊材料，所述管皮采用低碳钢， 巻成圆管状，管皮厚度为0.2 0.4mm。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 本发明在填充粉料中采用了热稳定性好的单晶碳化钨和经过工艺处 理的热稳定性铸造碳化钨粒子，可以大大提高硬质颗粒的耐高温烧蚀性， 显著改善了硬质颗粒的耐磨性；同时在填充粉料中添加了微量的稀土金属
元素，明显提高了基体金属的强度和韧性，基体金属的耐磨性较好，并使 堆焊层中硬质颗粒不易脱落，通过同时提高硬质颗粒的耐磨性和基体金属
的强度、韧性可极大提高整个堆焊层的耐磨性；非常实用，经济效益和社 会效应显著。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明 图1:本发明经过表面处理过的铸造碳化钨粒子的金相照片图； 图2:本发明管状硬面堆焊材料堆焊后堆焊层的金相照片图。 图中附图标记的含义a为单晶碳化钨，b为经表面处理过的热稳定性 铸造碳化鸽。
具体实施例方式
一种管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其组分钢铁料20
40%，填充粉料60 80% 。填充粉料的组分单晶碳化钨粒子35 75%， 表面处理过的热稳定性铸造碳化钨粒子20 60%, SiMn合金粉2 6°/。， 树脂粉0.2 0.6%，稀土金属0.1 2% 。其中，单晶碳化钨粒子的粒度为 40 200目；表面处理过的铸造碳化钨粒子的粒度为40 100目，粒子外 部为一层10 20^厚由纳米级碳化钨颗粒组成的包裹层，心部为针状的 铸造碳化钨共晶组织；SiMn合金粉中Si的重量百分含量为14 20%， Mn 的重量百分含量为60 72% ， C的重量百分含量为1 3%， P的重量百分 含量为0.2 0.3%， S的重量百分含量为0.4 0.5%,其余组分为不可避免 的杂质；树脂粉为酚醛树脂；稀土金属为Y、 La、 Yb、 Ce中的至少一种，
加入形式为纯金属元素或含稀土元素合金粉或含稀土元素氧化物，或上述
一种或任意几种的混合物;管皮采用低碳钢，巻成圆管状，管皮厚度为0.2 0.4mm。
本发明在管状堆焊材料的填充粉料中，加入35 75%40 200目的单 晶碳化钨颗粒，这种特粗晶粒的碳化钩粉的硬度和韧性介于铸造碳化钩和 烧结碳化钨之间，具有优良的耐烧蚀性，用氧乙炔火焰高温堆焊后，其颗 粒表面无脆性包覆层，此外这种碳化钨的最大特点是对铁族金属的润湿性 好，有利于增强硬质颗粒与基体金属的结合强度。另外加入20 60%的经 表面处理过的40 100目铸造碳化與颗粒，这种碳化钨粒子的特点是颗粒 心部是铸造碳化钨，其外部包裹一层纳米级的碳化钨粒子，其颗粒具有卓 越的耐磨性和可焊性，在高温堆焊过程中，外层纳米级碳化钩粒子由于具 有优异的热稳定性，能够阻止高温熔体对心部铸造碳化钨粒子的烧蚀，从 而避免了铸造碳化钨颗粒因高温烧蚀造成的硬度降低，提高了堆焊层的耐 磨性。另夕卜，还加入2 6。/。的SiMn脱氧剂和0.2 0.6M的有机树脂，改善 基体金属的强度和韧性；还在填充粉料中加入0.1 2%稀土金属元素，利 用稀土元素对基体金属的变质、净化、强化作用，减少并细化夹杂物，改 善粘结相合金组织，从而提高基体的抗磨损、抗磨蚀能力。本发明管状硬 面堆焊材料通常为管状焊条，其填充粉料的理想含量是占整个管状焊条重 量的67 70% 。
实施例1:
管状焊条填充粉料按重量百分比组成为60%表面包覆处理过的碳化 钨粒子，粒度为40 100目；35%单晶碳化钨颗粒，粒度为40 200目； 2.8% 200目的SiMn粉；0.2% 200目的酚醛树脂粉；2% 200目的稀土合金 粉。管皮为低碳钢SPCD-SD，管径为4mm，管皮厚度为0.4mm。填充粉 料占焊条重量比为60% 。经表面处理过的铸造碳化钨颗粒金相照片如图 1，粒子外部为一层10 20^im厚由纳米级铸造碳化鸨颗粒组成的包裹层，
心部为针状的铸造碳化钨共晶组织。堆悍后，堆焊层的金相如图2，从金 相图中可以看出，这两种硬质颗粒与基体金属具有清晰的界面，没有发生 明显的溶解，说明这两种硬质颗粒具有良好的热稳定性。本实施例堆焊层 中铸造碳化钨颗粒显微硬度为HV(n 2965，单晶碳化钨颗粒的显微硬度 为HVai 1968，基体金属的显微硬度为HVQ.。5813，金属湿砂磨损实验 表明，本实施例耐磨性比同类焊条耐磨性提高20 60% 。
管状焊条填充粉料按重量百分比组成为75%单晶碳化钨颗粒，粒度 为40 80目；22.3%表面包覆处理过的碳化钨粒子，粒度为80 100目； 2% 200目的SiMn粉；0.6% 200目的酚醛树脂粉；0.1% 200目的稀土合金 粉。管皮为低碳钢SPCD-SD，管径为4mm，管皮厚度为0.2mm。填充粉 料占焊条重量比为80%。本实施例堆焊层中铸造碳化钨颗粒显微硬度为 HV(u 2971，单晶碳化钨颗粒的显微硬度为HVal1975，基体金属的显微 硬度为HVa()5816，金属湿砂磨损实验表明，本实施例耐磨性比同类焊条 耐磨性提高20 80% 。
实施例3:
管状焊条填充粉料按重量百分比组成为73%单晶碳化钨颗粒，粒度
为40 80目；20%表面包覆处理过的碳化钨粒子，粒度为80 100目；6°/。 200目的SiMn粉；0.4% 200目的酚醛树脂粉；0.6% 200目的稀土合金粉。 管皮为低碳钢SPCD-SD，管径为4mm，管皮厚度为0.3mm。填充粉料占 焊条重量比为70% 。本实施例堆焊层中铸造碳化钨颗粒显微硬度为HV(u 2975，单晶碳化钨颗粒的显微硬度为HVai 1978，基体金属的显微硬度 为HVo.Q5 820，金属湿砂磨损实验表明，本实施例耐磨性比同类焊条耐磨 性提高50 100% 。
综上所述，本发明采用了热稳定性硬质颗粒，显著提高堆焊层的耐磨
性和可焊性，另外加入少量的稀土元素可同时提高基体金属的硬度和韧 性，明显提高了堆焊层的耐冲击能力和对硬质颗粒的固着能力，从而延长 了堆焊层的使用寿命；具有极好的实际应用价值。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限 制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利 保护范围之内。
权利要求
1.一种管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其特征在于其组分具有如下的重量百分比钢铁20～40％，填充粉料60～80％；所述填充粉料的组分重量百分比单晶碳化钨粒子35～75％，表面处理过的铸造碳化钨粒子20～60％，SiMn合金粉2～6％，树脂粉0.2～0.6％，稀土金属 0.1～2％。
2. 根据权利要求1所述的一种管状硬面堆焊材料，其特征在于所 述单晶碳化钨粒子的粒度为40 200目。
3. 根据权利要求1所述的一种管状硬面堆焊材料，其特征在于所 述表面处理过的铸造碳化钨粒子的粒度为40 100目，粒子心部为铸造碳 化钨，外面包裹一层10 20pm厚的纳米级碳化钨粒子。
4. 根据权利要求1所述的一种管状硬面堆焊材料，其特征在于所 述SiMn合金粉中Si的含量为14 20%， Mn的含量为60 72%。
5. 根据权利要求1所述的一种管状硬面堆焊材料，其特征在于所 述树脂粉为酚醛树脂。
6. 根据权利要求1所述的一种管状硬面堆焊材料，其特征在于所 述稀土金属为Y、 La、 Yb、 Ce中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述的一种管状硬面堆焊材料，其特征在于所述管皮采用低碳钢，管皮厚度为0.2 0.4mm。
全文摘要
本发明提供一种管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其组分钢铁20～40％，填充粉料60～80％；填充粉料的组分单晶碳化钨粒子35～75％，表面处理过的热稳定性铸造碳化钨粒子20～60％，SiMn合金粉2～6％，树脂粉0.2～0.6％，稀土金属0.1～2％；单晶碳化钨粒子的粒度为40～200目；表面处理过的铸造碳化钨粒子的粒度为40～100目，粒子外部为一层10～20μm厚由纳米级碳化钨颗粒组成的包裹层，心部为针状的铸造碳化钨共晶组织。本发明采用热稳定性硬质颗粒，显著提高堆焊层的耐磨性和可焊性，另外加入少量的稀土元素可同时提高基体金属的硬度和韧性，明显提高了堆焊层的耐冲击能力和对硬质颗粒的固着能力，从而延长了堆焊层的使用寿命。
文档编号B23K35/368GK101168221SQ200710190298
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者余立新, 徐纯芳, 马自强 申请人:苏州江钻新锐硬质合金有限公司