一种纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝的药芯的制作方法

文档序号:9514508阅读:742来源:国知局
一种纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝的药芯的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝的药芯。
【背景技术】
[0002] 堆焊是指利用一定的热源在金属材料表面熔敷一层或者数层具有一定使用性能 材料的工艺过程,用于修复零件或者提高零件的耐磨、耐热、耐蚀等性能。堆焊技术在我国 起源于20世纪50年代末,经过几十年的发展,形成了铁基、镍基、钴基等堆焊材料,其中铁 基堆焊材料由于价格便宜、品种多,使用最为广泛。高铬铸铁型堆焊材料含有大量的碳化 物,具有高硬度、高耐磨性,广泛用于冶金机械、矿山机械、石油化工行业、水泥行业等领域, 如立磨磨辊和磨盘、风机叶片、高炉料钟和料斗、破碎机锤头等。
[0003] 自保护药芯焊丝具有的优势:不需要外加保护气源,焊枪结构简单,重量轻,便于 操作;抗风性能优良,通长在四级风下顺利施焊;对装配尺寸的要求不高,抗锈性能高,熔 敷速率高,可以全位置焊接。传统的自保护焊丝主要依靠焊渣和焊接过程中产生的气体进 行保护,需要添加大量的造渣剂和造气剂,降低了焊丝的填充系数,容易引起飞溅。因此,研 究者们致力于利用合金元素的脱氧脱氮作用实现自保护的研究。目前,堆焊用自保护材料 的种类非常有限,发展堆焊用无渣自保护药芯焊丝是科技工作者的当务之急。
[0004] Fe-Cr-C高铬铸铁型自保护药芯焊丝结合了高铬铸铁堆焊材料和自保护药芯焊丝 的优点,节约了堆焊修复制造的成本,提高了堆焊效率。到目前为止,国内外针对高铬铸铁 型堆焊自保护药芯焊丝已经进行了大量的研究。应用此种焊丝堆焊的高铬铸铁型堆焊合金 具有大量高硬度的初生M7C3碳化物,使得堆焊层具有高的硬度和耐磨性,主要应用于低应 力磨粒磨损设备的修复制造。因此,提高堆焊层初生碳化物的体积分数可以提高堆焊层耐 磨性。但同时较大的初生碳化物使得裂纹更容易萌生,降低了堆焊合金的韧性。此外,体积 较大的碳化物在磨损过程中更容易脱落。高铬铸铁堆焊合金在应用过程中仍然存在耐磨性 不足的问题,尤其是耐高应力磨粒磨损性能差。因此,研究者们在提高高铬铸铁堆焊合金 初生碳化物体积分数的同时,也在寻求细化初生碳化物的方法,保证堆焊层的韧性。很多研 究文献报道采用Ti、W、V、Nb等碳化物形成元素提高堆焊层的硬度和耐磨性,同时细化碳化 物,主要的原因是形成的高熔点一次碳化物起到细化晶粒和提高性能的作用。但是,这种方 法减少了初生M7C3碳化物的数量。此外,自保护药芯焊丝在制作过程中需要添加含Ti、W、 V、Nb等的合金粉末,所需量大,提高了焊丝制作成本。寻求提高高铬铸铁堆焊合金性能的 新途径具有重要意义。

【发明内容】

[0005] 本发明是为了解决目前高铬铸铁堆焊合金耐磨性差的技术问题,而提供一种纳米 改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝的药芯。
[0006] 本发明的一种纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝的药芯按重量百 分比是由72%~85%的高铬铸铁粉、1 %~4%的电解锰粉、2%~6%的硅铁粉、4%~8% 的硼铁粉、2%~6%的石墨粉、2%~4%的铝镁合金粉和0. 3%~1. 5%的纳米改性剂组 成。
[0007] 本发明的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝的药芯是将上述的粉 体均匀混合,药芯焊丝外皮采用H08E型低碳钢带,粉末填充率为45 %~50%,焊丝直径为 2. 8mm,采用专用的药芯焊丝生产设备生产制作成高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝。
[0008] 本发明的纳米改性含硼高铬铸铁型堆焊合金的组织由初生M7C3碳化物、共晶M 7C3碳化物、马氏体和残余奥氏体构成。
[0009] 硼和稀土在铸铁冶金中广泛使用,硼合金的价格便宜,稀土的用量不大,但效果明 显。硼可以促进碳化物析出。硼原子可以固溶到M3C、M7C3、M 23C6等碳化物中,形成含硼的M3C、 M7C3、M23Q^碳化物,提高了碳化物硬度。当碳化物中硼含量较大时,形成M 3 (C,B)、M7 (C,B) 3、 1123((:,8)6等。硼同样可以促进马氏体转变,提高共晶基体硬度。另外,硼可以形成高硬度的 M2B硼化物。因此,在高铬铸铁型堆焊材料中加入硼,可以有效提高堆焊合金的硬度和耐磨 性。稀土在铸铁中可以起到脱氧和脱硫的作用,形成氧化物、硫化物、硫氧化物,净化晶界, 细化晶粒。因此,在Fe-Cr-C高铬铸铁堆焊自保护药芯焊丝中加入硼和稀土,不仅降低了焊 丝制作成本,而且能提高堆焊合金性能。
[0010] 本发明中硼的作用:(1)硼可以固溶到M7C3碳化物中,提高碳化物硬度;(2)硼促 进M7C3的析出,提高了碳化物的体积分数;(3)硼促进马氏体转变,提高基体硬度。
[0011] 本发明中纳米改性剂的作用:(1)形成含硫或氧的夹杂物,净化晶界;(2)细化初 生碳化物晶粒;(3)稀土元素偏析到碳化物生长前沿的熔体中,产生成分过冷,改变碳化物 形貌;(4)提高初生相和共晶组织的硬度。
[0012] 本发明中硼和纳米改性剂可以提高硬质相体积分数,细化初生相晶粒尺寸,保证 堆焊层韧性不降低,提高堆焊层耐磨性。
[0013] 本发明的优点:
[0014] -、本发明提供了一种纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝,结合了 高铬铸铁和自保护药芯焊丝的优点,提高了堆焊效率,节省了成本;堆焊合金组织为初生 M7C3碳化物、共晶M 7C3碳化物、马氏体和残余奥氏体;
[0015] 二、硼固溶在初生碳化物和共晶碳化物中,和碳占据同一类点阵位置,形成了含硼 M7C3碳化物,提高了碳化物的硬度;
[0016] 三、纳米改性剂形成了含稀土的高熔点夹杂物,可作为非均匀形核的核心,使得碳 化物在夹杂物上形核生长;
[0017] 四、硼减少了碳在奥氏体中的固溶量,促进碳化物析出;纳米改性剂形成碳化物形 核核心,细化了碳化物;硼和纳米改性剂协同作用提高了堆焊层中的初生碳化物体积分数, 同时细化了初生碳化物,避免了大块碳化物的生成和裂纹的萌生。当纳米改性剂的含量为 0. 6 %时,初生碳化物的体积分数最高;
[0018] 五、纳米改性剂在硼对碳化物作用的基础上进一步提高了碳化物的硬度,提高了 共晶基体的硬度;纳米改性剂提高了堆焊合金的功函数;
[0019] 六、纳米改性剂提高了堆焊层的硬度,当纳米改性剂含量为0. 6%时,堆焊层的硬 度达到64. 5HRC ;
[0020] 七、纳米改性剂提高了堆焊层的耐磨性,随着纳米改性剂含量的增加,堆焊层磨损 体积先减小后增大,当纳米改性剂含量为〇. 6%时,堆焊层的磨损体积最小。
[0021] 本发明的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝可用于矿山水泥立磨 辊、磨煤机磨辊和磨盘、高炉料钟和料斗、破碎机锤头的修复制造等。
【附图说明】
[0022] 图1是试验1制成的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝堆焊金属的 SEM图片;
[0023] 图2是试验2制成的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝堆焊金属的 SEM图片;
[0024] 图3是试验3制成的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝堆焊金属的 SEM图片;
[0025] 图4是试验4制成的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝堆焊金属的 SEM图片;
[0026] 图5是试验5制成的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝堆焊金属的 SEM图片;
[0027] 图6是试验1至5制成的纳米改性含硼高铬铸铁耐磨堆焊自保护药芯焊丝堆焊合 金初生碳化物的体
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