专利名称：一种用于中碳调质高强钢齿轮的焊条的制作方法
技术领域：
本发明属于中碳调质高强钢齿轮的焊接材料。
目前堆焊齿轮的焊接材料，在国内据焊工手册介绍是采用J506、J507、J607和J857等焊条。J506和J507为碳钢焊条，J607和J857为低合金高强钢焊条，J607和J857采用的是Mn-Mo系统合金。采用上述焊条堆焊齿轮，要采用焊前退火焊后淬火工艺。堆焊修复的齿轮为拖拉机用的小型齿轮，重量较轻、模数较小。国内在修复齿轮方面采用的其他焊条，如猴王牌Mk-J856Fe焊条，其合金成分(重量百分比)C为0.05～0.13;Mn为1.15～1.82;Si为0.31～0.52;Mo为0.15～0.89;Ni为0.71～2.31，少量牌号还含有W、Ti、Cr，但其含量在0.5以下。
经专利局检索到国外焊接齿轮材料，如ESAB中的OK75.75焊条，其合金成分(重量%)C为0.05，Si为0.3，Mn为1.5，Cr为0.35，Ni为1.8，Mo为0.4。Oerlikon焊条说明书中介绍其焊条化学成分(重量%)C为0.04～0.10;Mn为1.3～2.0;Si为0.20～0.50;Ni为1.25～2.50;Mo为0.25～0.60;Cr为0.60～1.0，其余为Fe。日本专利技术，在检索中查到两篇专利文献，即TP-昭61-17363和TP昭60-174265。昭-61-17363文献介绍其化学成分为(%)C0.07～0.15;Si≤0.6;Mn≤1.0;Cr0.5～3.5;Mo0.3～1.5;Ni≤0.2;O0.020～0.080;昭60-174265文献介绍其化学成分(%)为C0.03～0.15;Si0.4～0.6;Mn0.5～1.0;Cr12～14;Ni1～8，根据需要还添可加0.5～2%的V、Co、Mo等元素。日本的这两种焊条是用在堆焊在铸辊的过渡材料，碳、锰、铬、铜含量均较低，其目的是打底用，减少堆焊的耐磨层的裂纹倾向。
本发明的目的是设计出一种新的合金系的焊条，通过比较简单的堆焊的方法，使展损后的中碳调质高强钢齿轮再生利用。
我国冶金、机械、矿山和建筑等普遍采用机械传动齿轮，其中很大一部分材质为中碳调质高强钢，如40Cr、38MoNi和35CrMo等。这类齿轮在运行磨损失效后，全部都报废。如果在磨损的齿面上，堆焊耐磨金属，同时为堆焊制定一套合理可行的工艺，就能使报废的齿轮再生利用。由于堆焊比其材更耐磨的金属，还可提高齿轮的使用寿命。
本发明的焊条是采用Mn-Ni-Cr-Mo-B系合金系统，并采用碱性低氢型渣系。其焊条合金成分为(重量百分比)C0.08～0.20;Si0.20～0.60;Mn1.05～1.60;Cr2.0～3.5;Ni1.0～2.0;Mo0.41～1.0;B≤0.001;P和S≤0.03，其余为Fe。
本合金系统的焊条，碳的含量在规定范围内采用低限为好，即含碳量在0.10～0.12%，锰的含量最佳范围在1.1～1.3%，铬的最佳含量为2.8～3.2%，镍的最佳含量在1.2～1.4%，钼的最佳含量在0.5～0.6%之间。本发明合金系统是在锰、硅、钼基础上，加上一定的镍和铬，主要目的是增加被焊部分齿轮表面强度和硬度。同时提高韧性。另外该焊条增加B元素，它的作用原理是硼和氢、氧都有很强的亲和力，所以能够降低焊缝金属中氢、氧、氮的含量。试验表明熔敷金属含硼量在0.001%左右时，熔敷金属氢含量(H2/100g)比不含硼降低30～50%，由于焊缝金属氢含量的降低，因此减少了焊缝的冷裂纹倾向。采用该种焊条堆焊熔敷金属机械性能与被焊齿轮用钢的性能比较见表1
表1 堆焊焊条熔敷金属机械性能与齿轮用钢性能比较
采用本发明的优点焊条堆焊磨损齿轮，其磨损失效的齿轮无需退火，在调质状态下直接堆焊修复，采取整体予热，恒温焊接，在耐磨层上覆盖以化焊层，可以利于齿面加工，然后进行整体消除应力退火，堆焊修复后的齿轮无需进行调质处理。经过机械加工铣齿后，即可重新使用。采用新型焊接材料，从表1可以看出，堆焊后的硬度强度均比典型的齿轮用钢，如38CrMoNi高出34%，和20%，韧性也提高了许多。
下面是本发明的一个实施例。从1990年开始，我们针对鞍钢东鞍山烧结厂球磨机传动轴齿轮进行磨损后的全堆焊修复。球磨机传动轴齿轮化学成分(%)见表2，齿轮钢机械性能及主要技术参数见表3。
表2 球磨机传动轴齿轮化学成分(%)
表3 齿轮钢机械性能及主要技术参数
现已用该焊条堆焊修复齿轮10个，焊后经各项质量检验全部合格，其中已有6个齿轮用于生产正常运行。使用结果表明，已磨损报废的齿轮堆焊修复后，不仅可以完全代替新品使用，而且使用寿命还提高20%。
使用本发明堆焊修复磨损报废齿轮，可以使磨损失效的中碳调质高强钢齿轮再生利用，并能明显提高其使用寿命。修复报废齿轮的费用仅为制造新品费用的35～45%，因此，该种堆焊修复报废中碳调质高强度齿轮的发明，无疑是节约材料、节约能源的好广泛。该发明对越是重载大型齿轮，经济效益越显著。
权利要求
1.一种焊接中碳调质高强钢齿轮的焊条，其特征在于该焊条的化学成分为(重量百分比)C0.80～0.20；Si0.20～0.60；Mn1.05～1.60；Cr2.0～3.5；Ni1.0～2.0；Mo0.41～1.0；B≤0.001；P和S≤0.03，其余为Fe。
2.权利要求1所述中碳调质高强钢齿轮的焊条，其特征是该焊条的化学成分(重量百分比)的最佳含量范围是C0.10～0.12;Mn1.1～1.3;Cr2.8～3.2;Ni1.2～1.4;Mo0.5～0.6。
全文摘要
一种用于中碳调质高强钢齿轮的焊条，它是采用Mn-Ni-Cr-Mo-B系合金系统。用这种焊条修复磨损报废齿轮无需退火，在调质状态下可直接堆焊，焊后也不必进行调质处理。堆焊后齿轮表面硬度、强度均比典型齿轮用钢好，韧性也提高了许多，且使用寿命比新齿轮提高20％以上，修复旧齿轮的费用仅为制造新品费用的35～45％。因此利用本发明可以达到节约材料、节约能源的效果，具有较好的经济效益。
文档编号B23K9/04GK1069216SQ9210620
公开日1993年2月24日 申请日期1992年5月21日 优先权日1992年5月21日
发明者高辉光, 翟晓利, 任万祥 申请人:鞍山钢铁公司, 鞍山钢铁公司钢铁研究所