一种低温环境下使用的高性能复合铲齿及其制备方法
【专利摘要】一种低温环境下使用的高性能复合铲齿及其制备方法，其属于钢铁材料及加工制备的技术领域。该铲齿通过堆焊复合技术在低合金马氏体钢铲齿基体的齿尖部位堆焊高合金高碳材质耐磨层制得，它解决了现有同类产品在低温环境下无法兼顾耐磨性与高韧性的问题。堆焊耐磨层的化学成分及质量百分比为C：0.9%—1.3%；Mn：0.1%—0.3%；Si：0.2%—0.6%；Cr：8.0%—10.0%；Mo：2.5%—3.5%；V：0.4%—0.5%；W:2.0%—4.0%；Nb：3.0%—5.0%；B:3.0%—5.0%；Al：2.5%—4.0%；RE：0.3%—0.5%；S：≤0.02%；P：≤0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质。铲齿的制备方法包括铸造工序、热处理工序和堆焊工序。铲齿的耐磨性好、低温韧性优良，且能进行多次修复以降低生产成本。
【专利说明】
一种低温环境下使用的高性能复合铲齿及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钢铁材料及其加工制备领域，特别涉及一种低温环境下使用的高性能 复合f产齿及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 磨损是工程构件破坏最主要的一种方式，全球每年因磨损造成的经济损失达数千 亿美元，故对磨损进行研究以及开发新型的耐磨材料具有重要的经济意义。目前，市场上流 行的铲齿主要分为高锰钢、低合金耐磨钢及高铬铸铁三类，应用最广泛的为低合金马氏体 耐磨钢，铲齿的生产方法基本为整体铸造。这类铲齿主要通过增加碳含量，并添加多种适量 的合金元素，如铬、钼、镍、钒、硼等，充分利用相变强化，并通过淬火和低温回火热处理方式 得到马氏体组织。此类产品具有一定的弊病，即在低温环境下，其冲击韧性易大幅下降，发 生冷脆，在用于具有较大冲击力的工作场合时容易发生早期突然断裂失效。另外，此类传统 产品在保证冲击韧性满足的条件下，硬度不高，从而导致耐磨性能较差，无法满足长时间使 用要求。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术中存在的低温环境下无法兼顾耐磨性与高韧性的问题，本发明提 供一种低温环境下使用的高性能复合铲齿及其制备方法，以达到耐磨性好、低温韧性优良 的目的，且能进行修复以降低成本。
[0004] 本发明采用的技术方案为： 通过堆焊复合技术在低合金马氏体钢铲齿基体的齿尖部位堆焊高碳高合金钢耐磨层， 得到铲齿。
[0005] 铲齿基体的化学成分及质量百分比为C : 0.25%-0.35%; Μη : 0.9%- 1. 1%; Si : 0.7%-0.9% ； Cr ： 1.0%-1.3% ； Mo ： 0.2%-0.3% ； Ni ： 1.0%-1.3% ； Cu ： 0.3%-0.5% ； RE ： 0.1%- 0.2%; S:彡0.025%;P:彡0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0006] 铲齿堆焊耐磨层的化学成分及质量百分比为C: 0.9%- 1.3%;Mn: 0.1%-0.3%; Si : 0.2%-0.6% ； Cr ： 8.0%- 10.0% ； Mo ： 2.5%-3.5% ； V ： 0.4%-0.5% ； ff: 2.0%-4.0% ； ； Nb ： 3.0%- 5 · 0%; B: 3 · 0%-5 · 0%; A1:2 · 5%-4 · 0%; RE: 0 · 3%-0 · 5%; S:彡 0 · 02%; P:彡 0 · 02%，余量为Fe及 不可避免的杂质。
[0007] -种低温环境下使用的高性能复合铲齿的制备方法，包括铸造工序、热处理工序 和堆焊工序。所述铸造工序中，浇注温度为1570~1600°C ;热处理工序中，淬火温度为930~ 950 °C，回火温度为220~240 °C ;堆焊工序中，堆焊材料为气体保护药芯焊丝，直径Φ 1.6mm， 采用活性气体保护焊进行堆焊，保护气体为75%Ar+25%C02,堆焊厚度为3~5mm，焊接电流200 ~250A，电弧电压26~30V，气体流量18~20L/min，焊接速度300~400mm/min。
[0008] 本发明的有益效果为该铲齿通过在在低合金马氏体钢铲齿基体的齿尖部位堆焊 高碳高合金钢耐磨层制得;与现有技术相比，通过铸造工艺与堆焊工艺相结合，配置合理的 合金元素成分，获得了在低温条件下仍具有较高冲击韧性和较高耐磨性的铲齿，因此具有 如下的显著特点：（1)铲齿基体具有良好的综合性能:硬度多44 HRC，常温冲击韧性(akv)> 50 J/cm2,在-55°C环境下的冲击韧性> 45 J/cm2;(2)表面堆焊材料硬度达到HRC 62~65,堆 焊组织中碳化物含量在70%以上，硬质相分布均匀，且与母材能较好的熔合；（3)通过堆焊耐 磨材料可以减少铲齿母体磨损程度，当耐磨堆焊层磨损失效后，可采用同种工艺进行多次 修复，降低了生产成本，提高作业效率。（4)本发明可广泛应用于低温环境下各种工程上的 耐磨件，且铲齿堆焊耐磨层可通过堆焊进行修复。
【附图说明】
[0009] 图1是铲齿结构示意图。
[0010] 图2是|产齿剖面示意图； 其中：1、铲齿基体，2、铲齿堆焊耐磨层。
【具体实施方式】
[0011] 实施例1 本实施例中铲齿基体的化学成分及质量百分比为C:0.31%;Mn:1.07% ;Si:0.78%;Cr: 1 · 16%; Mo: 0 · 27%; Ni : 1 · 30%; Cu: 0 · 43%; RE: 0 · 14%; S:彡 0 · 02%; P:彡 0 · 02%，余量为Fe及不可 避免的杂质。
[0012] 按以上重量百分比进行熔炼，在1570Γ进行浇注，保温2小时；热处理工艺为淬火 温度930°C保温3小时后空冷，回火温度220°C保温3小时炉冷，得到铲齿基体。
[0013] 铲齿堆焊耐磨层化学成分及质量百分比为C :0.95%; Mn :0.15%; Si :0.45% ;Cr: 9.25%；Mo:2.83%；V：0.40%；ff:2.46%；Nb：3.25%；B:3.43%；Al：2.58%；RE：0.35%；S：^0.02%； P: <0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0014] 采用活性气体保护焊进行堆焊，保护气体为75%Ar+25%C02,堆焊厚度为4mm。焊接 工艺参数为:焊接电流200A，电弧电压27V，气体流量19L/min，焊接速度300mm/min。
[0015] 铲齿基体及堆焊耐磨层性能测试结果如表1所示。
[0016] 表1实施例1的铲齿基体及堆焊层性能测试结果
*低温冲击韧性为-55 °C下测量值。
[0017] 实施例2 本实施例中铲齿基体的化学成分及质量百分比为C:0.33%;Μη: 0.97%; Si :0.85%;Cr: 1 · 27%; Mo: 0 · 20%; Ni : 1 · 06%; Cu: 0 · 48%; RE: 0 · 17%; S:彡 0 · 02%; P:彡 0 · 02%，余量为Fe及不可 避免的杂质。
[0018] 按以上重量百分比进行熔炼，在1570Γ进行浇注，保温2小时；热处理工艺为淬火 温度940°C保温3小时后空冷，回火温度220°C保温3小时炉冷，得到铲齿基体。
[0019] 铲齿堆焊耐磨层化学成分及质量百分比为C:1.13%;Mn :0.18%;Si:0.52%;Cr: 9.75%；Mo:3.50%；V：0.45%；ff:3.56%；Nb：3.75%；B:3.87%；Al：2.68%；RE：0.47%；S：^0.02%； P: <0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0020] 采用活性气体保护焊进行堆焊，保护气体为75%Ar+25%C02,堆焊厚度为4mm。焊接 工艺参数为:焊接电流230A，电弧电压27V，气体流量18L/min，焊接速度340mm/min。
[0021 ]铲齿基体及堆焊耐磨层性能测试结果如表2所示。
[0022]表2实施例2的铲齿基体及堆焊层性能测试结果
*低温冲击韧性为-55 °C下测量值。
[0023] 实施例3 本实施例中铲齿基体的化学成分及质量百分比为C: 0.26%;Mn: 1.05%; Si : 0.74%; Cr: 1.18%;]?〇:0.23%;附：1.21%;〇1 :0.39%;1^:0.15%;5:彡0.02% ;?:彡0.02%，余量为卩6及不可 避免的杂质。
[0024] 按以上重量百分比进行熔炼，在1580°C进行浇注，保温2小时；热处理工艺为淬火 温度940°C保温3小时后空冷，回火温度240°C保温3小时炉冷，得到铲齿基体。
[0025] 铲齿堆焊耐磨层化学成分及质量百分比为C: 1 · 27%;Mn : 0· 28%; Si : 0· 31%; Cr : 8.63%；Mo:2.90%；V：0.48%；ff:2.85%；Nb：4.30%；B:4.75%；Al：3.82%；RE：0.42%；S：^0.02%； P: <0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0026] 采用活性气体保护焊进行堆焊，保护气体为75%Ar+25%C〇2,堆焊厚度为3mm。焊接 工艺参数为:焊接电流230A，电弧电压28V，气体流量18L/min，焊接速度360mm/min。
[0027] 铲齿基体及堆焊耐磨层性能测试结果如表3所示。
[0028] 表3实施例3的铲齿基体及堆焊层性能测试结果
*低温冲击韧性为-55 °C下测量值。
[0029] 实施例4 本实施例中铲齿基体的化学成分及质量百分比为C:0.30%;Μη: 0.93%; Si :0.83%;Cr: 1 · 08%; Mo: 0 · 26%; Ni : 1 · 14%; Cu: 0 · 37%; RE: 0 · 13%; S:彡 0 · 02%; P:彡 0 · 02%，余量为Fe及不可 避免的杂质。
[0030] 按以上重量百分比进行熔炼，在1600°C进行浇注，保温2小时；热处理工艺为淬火 温度950°C保温3小时后空冷，回火温度230°C保温3小时炉冷，得到铲齿基体。
[0031] 铲齿堆焊耐磨层化学成分及质量百分比为C: 1.17%;Μη : 0.22%; Si : 0.28%; Cr : 8.52%；Mo:2.62%；V：0.43%；ff:3.63%；Nb：4.55%；B:3.67%；Al：3.29%；RE：0.38%；S：^0.02%； P: <0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0032] 采用活性气体保护焊进行堆焊，保护气体为75%Ar+25%C02,堆焊厚度为5mm。焊接 工艺参数为:焊接电流250A，电弧电压29V，气体流量20L/min，焊接速度400mm/min。
[0033] 铲齿基体及堆焊耐磨层性能测试结果如表4所示。
[0034] 表4实施例4的铲齿基体及堆焊层性能测试结果
*低温冲击韧性为-55 °C下测量值。
[0035] 表1实施例中的工艺参数
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视 为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种低温环境下使用的高性能复合铲齿，其特征在于:所述铲齿包括铲齿基体和铲 齿堆焊耐磨层； 所述铲齿基体的化学成分及质量百分比为C: O . 25%-O . 35%; Mn : O . 9%- 1.1%; Si : 0.7%-0.9% ； Cr ： 1.0%-1.3% ； Mo ： 0.2%-0.3% ； Ni ： 1.0%-1.3% ； Cu ： 0.3%-0.5% ； RE ： 0.1%- 0.2%; S:彡0.025%;P:彡0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质； 所述铲齿堆焊耐磨层的化学成分及质量百分比为C: 0.9%- 1.3%;Mn: 0.1%-0.3%; Si : 0.2%-0.6% ； Cr ： 8.0%-11.0% ； Mo ： 2.5%-3.5% ； V ： 0.4%-0.5% ； W: 2.0%-4.0% ； ； Nb ： 3.0%- 5 · 0%; B: 3 · 0%-5 · 0%; Al: 2 · 5%-4 · 0%; RE: 0 · 3%-0 · 5%; S:彡0 · 02%; P:彡0 · 02%，余量为Fe及 不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的一种低温环境下使用的高性能复合铲齿的制备方法，其特征 在于:通过堆焊复合技术在低合金马氏体钢铲齿基体上堆焊高碳高合金钢的铲齿堆焊耐磨 层得到铲齿，包含铸造工序、热处理工序和堆焊工序； 铸造工序中，浇注温度1570~1600°C ;热处理工序中，淬火温度为930°0950°C，回火温 度为220°0240°C，得到铲齿基体； 堆焊工序中，堆焊材料为气体保护药芯焊丝，直径Φ 1.6,采用活性气体保护焊进行堆 焊，保护气体为75%Ar+25%C02，堆焊厚度为3~5mm，焊接电流200~250A，电弧电压26~30V，气 体流量18~20L/min，焊接速度300~400mm/min。
【文档编号】C22C38/08GK105886910SQ201610246931
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】江利丰, 刘强, 张广伟, 关升, 徐常恩, 郝海, 周文龙, 王瑞
【申请人】大连华锐重工特种备件制造有限公司, 大连理工大学