专利名称：碳化钛-碳化锆-碳化钒系高硬度耐磨堆焊焊条的制作方法
技术领域：
本发明属焊接技术领域，特别涉及含有碳化钛、碳化锆、碳化钒的高硬度不裂耐磨堆焊焊条。
国内外已有的高硬度(HRc≥60)耐磨堆焊焊条主要有两大类，一是高合金铸铁系堆焊焊条，其基体组织为高碳合金马氏体+残余奥氏体+碳化物[Cr7C3(Ee.M)xCy]等，如苏э-90B10×5φ2(％C＜3.0、W8.0～14.0、Cr4.0～6.0)、中国堆628(％C3.5～5.0、Cr20.0～35.0、Mo1.0～6.0、V1.0)，日DFCrA(％C5.3、Cr21.5、Nb6.0、V1.8、W3.5)等，二是中国堆707、堆717(％C1.5～4.0、W40.0～70.0 )，上述两大类焊条主要是靠高硬度的高碳合金马氏体及高硬质点碳化物WC(W2C)、Cr7C3等获得高硬度焊缝。但由于高碳合金马氏体硬而脆，WC、Cr7C3等碳化物在晶格类型上分别为正交晶格和六方体晶格，与马氏体(铁素体)体心立方晶格完全不同，且晶格常数差异很大，这些碳化铬、碳化钨等硬质点“镶嵌”或“钎接”在马氏体基体上，由于碳化物硬而脆，且颗粒度较大、易产生裂纹、颗粒破碎和脱落，造成高硬度的耐磨堆焊焊条耐磨性不理想，抗裂性较差。
为了减少和防止焊接裂纹及剥离，已有的高硬度耐磨堆焊焊条，在焊接工艺上规定焊前工件预热400～600℃，焊后立即600～700℃回火，再缓冷等，这种采取降低焊接热应力的高温预热及后热处理，不仅提高了堆焊成本，而且十分严重地恶化劳动条件。
由于已有的高硬度耐磨堆焊焊条抗裂性差，焊接极易产生裂纹，施焊时须经高温预热，极大地限制和阻碍耐磨堆焊工艺的推广应用。
本发明针对国内外已有的高硬度耐磨堆焊焊条存在的问题，研制一种不用预热，连续堆焊不裂、堆焊金属焊态硬度HRc≥60，且成本低廉的高硬度耐磨堆焊焊条。
本发明的技术关键在于利用较高韧性的马氏体基体，加入高硬度的与基体结合力强的碳化物硬质点。主要选择低碳合金马氏体基体十弥散分布高硬度的TIC、VC、ZrC硬质点。由于低碳合金马氏体具有一定的硬度，又具有较高的韧性，而高硬度的TiC、CV、ZrC在晶格结构上都是立方晶格，与铁素体(马氏体)相同，且晶格常数十分接近。由于共格关系，TiC、VC、ZrC与铁的结合力远大于WC、Cr7C3与铁的结合力，且TiC、VC、ZrC颗粒细小呈弥散状态分布在基体上。另外TiC、VC、ZrC熔点高，在焊缝结晶凝固过程中成为晶核使焊缝晶粒大大细化，多晶界的强硬化对提高焊逢金属的耐磨性起到十分有益的作用。
本发明的碳化钛-碳化钒-碳化锆系高硬度耐磨堆焊焊条，其药皮配方(按重量％)分别为石墨6～15，人造金红石10～53，钛白粉5～12，锆英石3～25，大理石6～15，镁砂2～10，碳酸钡3～8，莹石6～15，Fe-Ti10～30，Fe-V5～15，Fe-B0～3，固体水玻璃1～3。
本发明利用焊接工艺特高的电弧温度和熔滴反应区激烈而充分的冶金过程，由药皮中加入的石墨，人造金红石、钛白粉、ZrO2、Fe-Ti、Fe-V等通过电弧冶金反应生成TiC、VC、ZrC进入焊缝。其反应式为
调整加入堆焊焊条药皮中适量的石墨量，通过冶金反应，控制基体中含碳量小于0.30％。在电弧冶金反应下，生成的TiC、VC、ZrC通过熔滴和熔池反应后进入焊缝，使焊缝焊态组织为低碳合金马氏体上弥散分布TiC、VC、ZrC等高硬度碳化物。
当通过电弧冶金反应生成的Tic、VC、ZrC等部分进入熔渣和熔池，由于Tic、VC、ZrC等熔点很高，且与熔化金属和熔渣的界面张力很大，使得熔滴、熔池金属和熔渣的表面张力、粘度急剧增大，焊缝成型差，特别当冶金反应生成较多的Tic等高熔点碳化物进入熔滴和熔渣时，熔渣与金属难以分离，使焊接难以进行。本发明通过控制药皮配方，并利用固体水玻璃，BaO、MgO、CaO等碱性氧化物造渣，与酸性氧化物TiO2等形成低熔点的复合化合物，且与TiC、ZrC等表面张力降低，使熔渣物理化学性能优良，脱渣容易，成型良好，电弧稳定，多层焊接时可以不打渣连续堆焊，这不仅简化了焊接工艺，而且复盖在焊逢上的熔渣可在电弧作用下，发生新的冶金反应生成更多的TiC、VC、ZrC等过渡到焊缝金属中去，使焊缝金属硬度比打渣施焊硬度HRc提高1～2。
实施例焊条焊芯采用H08A、φ4.0mm，药皮配方(重量％)石墨8、人造金红石38、钛白粉5、锆英石8、碳酸钡2、大理石7、镁砂3、莹石8、Fe-Ti12、Fe-V8、固体水玻璃1。在粉碎机的压辊上连续多层堆焊未产生裂纹，其熔数金属焊态硬度HRC62～67。
本发明的碳化钛-碳化钒-碳化锆系高硬度耐磨堆焊焊条，是在低碳合金马氏体的基体弥散分布着与基体结合力强的高硬度的TiC、ZrC、VC等硬质点，具有高硬度、高耐磨性，又有极高的抗裂性。堆焊时，电弧稳定，焊缝成型好，并省去焊前工件的高温预热处理，可连续多层堆焊，焊缝不产生裂纹、掉块和剥离。焊条成本约为堆707焊条的1/3。本发明彻底解决了已有的高硬度耐磨堆焊焊条耐磨性不理想、抗裂性差及焊前焊件必须高温预热处理等长期未能解决的技术难题，可广泛用于冶金、矿山、农业机械、石油化工机械、交通运输等工业领域的耐磨零部件的制作和修复，具有显著的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于该堆焊焊条的药皮组份为(重量％)石墨6～15、人造金红石10～53，钛白粉5～12、锆英石3～25、大理石6～15、碳酸钡3～8镁砂2～10、莹石6～15、Fe-Ti 10～30、Fe-V5～15、Fe-B 0～3、固体水玻璃1～3。
2.根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于药皮中加入的石墨、人造金红石、钛白粉、ZrO2、Fe-Ti、Fe-V等通过电弧冶金反应生成TiC、VC、ZrC。
3.根据要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于焊条焊态组织为低碳合金马氏体上弥散分布高硬度的TiC、VC、ZrC等碳化物硬质点，控制基体中含碳量小于0.30％。
4.根据要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物形成低熔点复合化合物。
全文摘要
本发明的碳化钛-碳化钒-碳化锆系高硬度耐磨堆焊焊条，首次采用电弧冶金反应形成低碳合金马氏体上弥散分布高硬度TiC、VC、ZrC等硬质点，焊缝焊态硬度HRc≥60，电弧稳定，焊缝成型好，堆焊工件不用预热，连续多层堆焊不产生裂纹、掉块和剥离，具有高硬度，高耐磨性和高抗裂性，本发明的堆焊焊条可广泛用于冶金、矿山、农业机械、交通运输等工业领域的耐磨零部件的制作和修复，对强耐磨件、耐冲击磨损件有突出效果。
文档编号B23K35/30GK1143002SQ95110589
公开日1997年2月19日 申请日期1995年8月16日 优先权日1995年8月16日
发明者邹勇, 邹增大 申请人:山东工业大学