CN1015523B - 堆焊用合金 - Google Patents

堆焊用合金

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王永达
邓金生
王庆琛
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3046—Co as the principal constituent

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Abstract

本发明系一种堆焊用的钴基合金，它的化学成分(重量%)为：0.5～1.6%C，26～31%Cr，3.5～9%W，2.5～9%Mo，Fe、Ni、Si、Mn各0.2～2%，Ti、Mg中任一种0.005～1.5%，余为Co。该合金具有较高的硬度，较好的塑韧性及优异耐磨性和抗裂性。可制成各种形状的异型焊片，改变了以往只有棒、丝、带形状，提高了焊材的利用率，降低了成本，同时避免了熔滴过渡，提高了堆焊质量。适用于大型构件的密封面堆焊。

Description

本发明属于焊接材料领域。主要适用于大型构件的密封面堆焊。
目前，诸如高参数（高风温、高风压、大流量）高炉热风系统的大型阀门和形状复杂的其它种类大型构件的密封面堆焊材料大部分采用Co-Cr-W硬质合金。这类合金是以C、W、Cr为主要合金元素的钴基合金，如日本专利申请公开公报昭63-52793A。该文献所述的是一种含有C、Si、Mn、Cr、Fe、Ni和Mo或W元素的堆焊用钴基合金，主要用于焊接高温下抗氧化的部件或结构件。该合金的不足之处是塑韧性差，因而抗裂性不好，焊接时，构件需在350℃以上预热，焊接工艺复杂，劳动条件恶劣，焊件质量不易保证。
本发明的目的在于提供一种新的堆焊用合金，用该合金堆焊时，在保证硬度要求的前提下，还具有塑韧性高，抗裂性好，工艺简单，改善劳动条件和降低成本等综合优点，特别适用于大型构件的密封面堆焊。
为达到上述目的，本发明的技术方案是采用钴基合金，除了在合金中加C、Cr、W、Mo外，还加入了Fe、Ni、Si、Mn以及Mg或Ti。合金的具体化学成分（重量%）为：0.5～1.6%C，26～31%Cr，3.5～9%W，2.5～9%Mo，Fe、Ni、Si、Mn各0.2～2%，Ti、Mg中任一种为0.005～ 1.5%，余为Co。
本发明提出的上述合金系统和成分的含量范围，保证其堆焊金属是以固溶强化为主，它完全不同于其它钴基堆焊金属以碳化物为主的强化机制。与现有技术相比，降低了碳含量，减少大块共晶碳化物的数量，以此减少碳化物的强化作用，同时，仍保持一定碳含量，保证达到所需的硬度。另一方面是提高W、Mo总含量，使W+Mo之和高于现有技术的同类材料中W的含量，强化奥氏体基体，使堆焊金属的点阵常数和堆垛层错增加，提高固溶强化作用，同时，W、Mo的加入还在于形成一定数量的碳化物，保证硬度。
加Cr在于提高抗氧化性和耐蚀性，并强化奥氏体。
加入Fe、Ni、Mn是为了在不降低性能的条件下取代部分Co，降低成本。
为降低合金的熔点、粘度和增强脱氧作用，提高堆焊的工艺性能，还加入了适量的Si和Mn。
加Ti、Mg元素的目的在于加强脱氧，改善组织，提高塑韧性，增强抗裂性。Mg加入合金中，主要聚集于晶界，细化和减少晶界处的碳化物和硫化物，提高晶间结合力，改善塑性;同时Mg富集晶界，还提高晶界的断裂能，从而延长了蠕变第Ⅱ、第Ⅲ阶段的寿命;Mg还强化γ′相，使稳定蠕变速率和晶内、晶界变形良好地协调，提高蠕变塑性和蠕变断裂强度。Ti为合金强化相γ′的主要形成元素，通过γ′相在基体内弥散分布，影响位错行为，提高高温强度和抗热 腐蚀性能;此外，Ti与Ni形成强化相Ni3Ti，提高组织的稳定性和抗蠕变性能。
本发明堆焊材料，根据产品形状要求，除了可制成棒、带、丝形状外，还可制成异型（如园弧形）焊片，提高了焊材的利用率，降低了生产成本，同时，避免了熔滴过度，提高了堆焊质量。
采用本发明进行堆焊时，可用钨极氩弧焊施焊，尤其可实现自动化;工艺简单，成型美观，又改善了劳动条件。堆焊后的堆焊金属无气孔夹杂，没有裂纹，表面硬度在50～70HS范围，耐磨性、塑韧性和抗裂性优异。
本发明采用真空感应炉冶炼，冶炼钢水铸入预先按产品形状和工艺要求制成的精密铸造模中，脱模后采用机械方法或喷砂处理，去除焊片表面上的夹砂和氧化膜等，最终达到表面光洁平整，即成为本发明的焊片。
实施例
根据本发明所设计的成分范围配料，在真空感应炉上冶炼3炉堆焊用合金。3炉合金的具体化学成分范围如表1所示。冶炼后用铸模铸成所需形状的焊片。
采用炉号为1、2、3所制成的焊片，分别在高炉热风阀φ1100mm阀的19个闸板、φ1700mm阀的8个阀体和φ400mm阀的8个闸板上，用钨板氩弧焊进行堆焊。焊后对堆焊金属进行了无损探伤检验和硬度测量等，其检测结果列入表2。
表1    实施例堆焊用合金的具体化学成分（重量%）
元素
C    Cr    W    Mo    Fe    Ni    Si    Mn    Mg    Ti    Co
炉号
1    0.68  28.0  3.53    2.51    0.31    0.35    0.88    0.71    0.005  余量
2    0.97    27.65    4.14    2.88    0.25    0.34    0.95    0.94    0.005    ″
3    1.20    28.0    6.50    5.50    0.28    0.32    1.00    0.80    0.2    ″
0.34
表2    实施例无损探伤和硬度测量结果
检测项目 无损探伤（着色） 硬度 H＊ S
炉号
1    无裂纹    63
2    ″    61
3    ″    65
＊每个产品测4处，每处测3个硬度值，再平均
上述堆焊后的阀体和闸板经使用表明，使用效果良好，完全满足使用要求。

Claims (2)

1、一种含有C、Si、Mn、W、Mo、Fe、Ni元素的堆焊用钴基合金，其特征在于具体的化学成分(重量%)：0.5～1.6%C，26～31%Cr，3.5～9%W，2.5～9%Mo，Fe、Ni、Si、Mn各0.2～2%，Ti、Mg中任一种为0.005～1.5%，余为Co。
2、使用权利要求1所述的堆焊用钴基合金制得的焊接用产品包括棒材、带材和丝材，其特征在于还可制成异型焊片。
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