一种电渣堆焊制备含原始wc陶瓷增强相耐磨硬面的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种含有WC成分的硬面层的焊接方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业和技术设备的发展，对材料耐磨损性的要求越来越高，使用寿命越 来越成为影响现代设备生产效率的重要因素。据不完全统计，仅我国电力、建筑材料、冶金、 采煤和农机行业，每年消耗金属材料达400万吨以上。尤其是应用于矿山、水泥等领域的大 型机械设备，在使用过程中由于局部磨损、损伤而无法继续使用，耗损巨大。
[0003] 为了缓解材料磨损程度，提升机械零件的性能、延长使用寿命，对部件表面进行强 化处理以获得耐磨损硬面层是工业中常用的经济有效的方法。由于陶瓷颗粒增强金属基耐 磨复合材料不仅具有金属材料的高强度、良好的塑性和冲击韧性等优点，还具有陶瓷材料 的高硬度、高耐磨性，并且克服了传统耐磨材料耐磨性与强韧性相互制约的技术难题。
[0004] WC颗粒洛氏硬度高达93HRC，并且熔点达到3000°C。因此具有高硬度、高熔点、高耐 磨性及良好的稳定性，而且比其他金属陶瓷颗粒(如碳化钛等）易于获得，是制备颗粒增强 耐磨复合材料的首选增强相。
[0005] 目前制备这种耐磨复合硬面层采用较多的技术方法有，热喷涂、激光表面处理和 堆焊等；其中采用堆焊方法制备硬面层不仅与基体合金结合比较好，而且易于应用工程实 际中。而采用药芯焊丝、或埋弧焊的电弧堆焊方法，电弧温度达到5000°C以上，远远超过WC 颗粒的熔点，这样添加的原始WC颗粒全部被熔化。另外从液态金属原位合成WC的反应是难 以实现的，因为W和C在Fe-W-C液态的铁基合金系统中的热力学方向决定了最终反应生成物 相是Fe 3W3C、Fe6W6C，很少生成或根本不生成WC或W2C，而Fe 3W3C、Fe6W6C是脆性的网状相，硬 度低、韧性差，作为硬质增强相的性能与WC或W 2C差之甚远。因而，必须用外加 WC陶瓷颗粒制 备铁基复合堆焊层。电渣堆焊不存在电弧热，熔池温度在1600-2300°C，非常有利于在堆焊 合金中制备WC耐磨硬质相，含有这种硬质相的堆焊合金耐磨性将大大提高。采用电渣堆焊 方法制备含原始WC陶瓷增强相的耐磨硬面在理论上和实验操作中都是可行的。
【发明内容】
[0006] 针对本技术领域的不足之处，本发明的目的是提供一种采用电渣堆焊技术制备含 WC陶瓷颗粒增强相耐磨硬面层的方法，并获得性能优异的合金硬面层。
[0007] 实现本发明上述目的技术方案为：
[0008] -种电渣堆焊制备含原始WC陶瓷增强相耐磨硬面的方法，用含有WC颗粒的合金粉 为焊接原料，采用电渣堆焊的方式，获得保留有WC颗粒的熔覆合金。
[0009] 具体地，所述电渣堆焊包括以下步骤：
[0010] 1)准备原料:焊接前，在基材上预铺合金粉并采用无药芯的焊带，或制备药芯焊丝 或药芯焊带，所述药芯是含有WC颗粒的合金粉，焊剂为电渣堆焊焊剂；
[0011] 2)制备耐磨复合硬面层：用带极电渣堆焊进行焊接;或者用药芯焊丝电渣堆焊方 法进行焊接;或药芯焊带带极电渣堆焊方法进行焊接，采用相同的焊接工艺堆焊两层。 [0012]其中，所述基材为碳素结构钢Q235、Q245、Q345B、Q345R、X42、X46、X52、X56、X60、 X65、X70中的一种，焊接前基材先用砂纸打磨、然后用有机溶剂清洗;所述有机溶剂为乙醇 或丙酮。其中，所述不含药芯的焊带包括低碳钢焊带、不锈钢或镍基焊带，例如可以为H04、 H10、H08D、H08DG、H08C，H08CG 中的一种。
[0013] 其中，所述WC颗粒为铸造 WC颗粒，尺寸在180~250μπι。
[0014] 作为本发明的优选技术方案之一，所述预铺合金粉的方式为:在基材上先铺放一 层不含WC的合金粉，再铺放一层WC颗粒。
[0015] 其中，所述合金粉的成分组成为l_4wt · %、Cr: 15_30wt · %、Si : 1 · 6_3wt · %、 Μη: 1 · 5-2 · 5wt · %、Nb: 0-4wt · %、C: 0 · 5-2wt · %、WC: 15-40wt · %、余量为铁。（WC即WC颗粒， 其他成分以市售的合金粉末形式添加）。
[0016] 作为本发明另一优选技术方案，所述带级电渣堆焊的焊接电压为:25~30V、焊接 电流为:600A，焊接速度为20~22cm/min。
[0017] 作为本发明再一优选技术方案，所述电渣自动焊的焊接电压为:30_35V，焊接电流 为:400-450A、焊接速度为 340-400mm/min。
[0018] 其中，所使用的焊带为不锈钢或镍基焊带，焊带宽30~75mm，厚0.3~0.7mm。
[0019] 焊接中，每一焊层厚度2~3mm，堆焊两层。
[0020] 采用药芯焊丝过渡合金粉的方法，每一焊层厚度2~3mm，采用相同焊接工艺堆焊 两层，以避免基材对硬面层的影响。
[0021 ]本发明所述的方法焊接得到的硬面层。
[0022]本发明的有益效果在于：
[0023] 本发明提出的方法，采用电渣堆焊技术制备含WC陶瓷颗粒增强相耐磨硬面层的方 法，可获得性能优异的合金硬面层。本方法工序安排合理，实施简便，成本适中，具有可推广 价值。制备的硬面层与基材结合强度高，表面质量优异，综合力学性能稳定，持久耐用。
[0024] 本发明提出的方法，采用低碳钢焊带+焊道前预铺合金粉方法实现电渣堆焊。该方 法既可以通过送粉器将合金粉铺在焊道上也可以采用手工铺粉法实现，操作简单。
【附图说明】
[0025]图1:实施例1金相显微拼接图（1#)，从右到左依次为:母材、第一层WC、堆焊层基体 组织、第二层WC和堆焊层表面；
[0026]图2:实施例2扫描电镜图（2#);
[0027]图3:实施例4金相图（3#);
[0028]图4:实施例5扫描电镜图（4#);
[0029]图5:实施例7金相图（5#);
[0030]图6:实施例8扫描电镜图（6#);
[0031 ]图7:实施例制1#-6#硬面层和高铬铸铁堆焊合金的洛氏硬度；
[0032]图8:实施例制1#_6拥更面层和高铬铸铁堆焊合金的相对耐磨性。
【具体实施方式】
[0033]下面通过最佳实施例来说明本发明。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来 说明本发明而不是用来限制本发明的范围。
[0034]实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。
[0035]实施例1:预铺合金粉带极堆焊（1#)
[0036]本发明提及的焊道前预铺合金粉末带极电渣熔覆碳化钨增强相硬面层的制备过 程如下：
[0037] a)基材前处理，首先，用线切割将Q235钢板切割成厚度为8mm，宽度为100mm，长度 为400_的板材;然后，用砂纸打磨除去表面铁锈，直至露出金属光泽;然后用丙酮对基材进 行清洗。最后用酒精擦拭碳钢板表面并烘干，备用。
[0038] b)准备原料，制备硬面层的合金粉成分如表1，其中Bal.表示余量，下同。
[0039]表1实施例1硬面层成分
[0042]按上表成分，精确称量所需合金粉末和铸造 WC颗粒。选用焊带为30X0.5mm的H04 低碳钢带，焊剂选用型号为JWF20f5D的电渣堆焊焊剂。
[0043] c)制备耐磨复合硬面层，采用带极堆焊设备，焊接电压:30V、焊接电流:600A、焊接 速度21cm/min。采用焊道前预铺合金粉的方法，先均匀预铺混合均匀的合金粉末，然后再在 上面预铺WC颗粒;每一焊层厚度2~3mm，采用相同的工艺参数堆焊两层，以避免基材对硬面 层的影响。
[0044] 实施例2预铺合金粉带极堆焊(2#)
[0045] 本发明提及的焊道前预铺合金粉末带极电渣熔覆碳化钨增强相硬面层的制备方 法的具体制备过程如下：
[0046] a)基材前处理，首先，用线切割将Q235钢板切割成厚度为8mm，宽度为100mm，长度 为400_的板材;然后，用砂纸打磨除去表面铁锈，直至露出金属光泽;然后用丙酮对基材进 行清洗。最后用酒精擦拭碳钢板表面并烘干，备用。
[0047] b)准备原料，制备硬面层成分为：
[0048]表2实施例2的硬面层成分
[0050]精确称量所需合金粉末和铸造 WC颗粒。选用焊带为30X0.5mm的H04低碳钢带，焊 剂选用型号为JWF20?的电渣堆焊焊剂。
[0051] c)制备耐磨复合硬面层，采用带极堆焊设备，焊接电压:30V、焊接电流:600A、焊接 速度21cm/min。采用焊道前预铺合金粉的方法，先均匀预铺碳素铬铁粉末，然后再在上面预 铺WC颗粒;每一焊层厚度2~3_，采用相同的工艺参数堆焊两层，以避免基材对硬面层的影 响。
[0052]实施例3预铺合金粉带极堆焊
[0053]本发明提及的焊道前预铺合金粉末带极电渣熔覆碳化钨增强相硬面层的制备方 法的具体制备过程如下：
[0054] a)基材前处理，首先，用线切割将Q235钢板切割成厚度为8mm，宽度为100mm，长度 为400_的板材;然后，用砂纸打磨除去表面铁锈，直至露出金属光泽;然后用丙酮对基材进 行清洗。最后用酒精擦拭碳钢板表面并烘干，备用。
[0055] b)准备原料，制备硬面层成分为：
[0056]表3实施例3的硬面层成分
[0058]精确称量所需合金粉末和铸造 WC颗粒。选用焊带为30X0.5mm的H04低碳钢带，焊 剂选用型号为JWF20?的电渣堆焊焊剂。
[0059] c)制备耐磨复合硬面层，采用带极堆焊设备，焊接电压:30V、焊接电流:600A、焊接 速度21cm/min。采用焊道前预铺合金粉的方法