CN101660024B - 高硬度堆焊合金熔敷金属的强韧化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高硬度堆焊合金熔敷金属强韧化方法，涉及焊接技术，其堆焊的合金熔敷金属为复相组织结构，其步骤为：A)在标准大气压下，室温环境下，零件表面除油除锈，在其上堆敷硬度>55HRC的熔敷金属；B)在标准大气压下，室温环境下，以每小时温降不大于40℃随炉冷却，得成品。本发明方法，克服了现有技术存在的缺陷，使堆焊熔敷金属具有良好的耐磨性和韧性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是一种高硬度堆焊合金熔敷金属强韧化方法。
背景技术
堆焊再制造是焊接领域中的一个重要分支，是一种表面技术处理工艺方法，它是采用焊接方式在零件表面堆敷一层具有一定性能材料的工艺过程。堆焊再制造在轧辊，尤其是热轧辊的修复领域获得了较好的应用，研究发现，对轧辊表面进行堆焊处理，可以明显延长轧辊寿命，降低轧钢消耗。而对废旧轧辊进行再制造工程处理，可挖掘出巨大的剩余价值，再制造新品的成本约为原品的50％，而使用寿命能达到甚至超过原品，且能降低能耗60％以上，节约材料70％以上。
随着我国轧钢装备的改造和不断从国外引进先进的轧机，轧机向自动化、连续化、重型化方向发展，对轧辊的几何尺寸、表面精度、机械性能要求更高。在轧辊材质方面从球墨铸铁和合金无限冷硬铸铁发展到现在的针状组织球铁、高合金无限冷硬铸铁、高铬铸铁、硬质合金、半高速钢和高速钢等。轧辊辊材向着合金化发展，而且合金化程度不断提高。
从目前国内外高硬度堆焊材料的研究状况来看，高硬度堆焊材料多采用高铬铸铁型和马氏体合金系统，采用该合金系统虽然能获得很高的硬度，但由于堆敷金属中高的碳含量易使堆焊层产生裂纹，对于只要求高硬度而对裂纹要求不严格的场合，该合金系统可以满足使用要求。但象夹送辊、助卷辊、深弯辊等承受高挤压力的工作环境，对堆敷金属不仅要求具有高硬度(>55HRC)，而且堆焊厚度高(夹送辊单边需堆焊20mm)，这就要求具有足够的韧性及抗裂性，由于强度与韧性是一对难以调和的矛盾，为此使堆敷金属同时获得强韧性的研究成为近年的热点之一。
强韧化问题一直是钢铁结构材料研究关注的主题。堆焊材料研究者借助钢铁材料的强韧化原理，对堆焊材料强韧化也进行了一系列研究，提出了许多强韧化途径，基本上都是通过合金化、沉淀析出、晶粒细化等多方面的综合作用来实现，已取得了一些成果。但研究主要集中在低、中硬度的合金体系上，高硬度合金强韧化的研究不多，而且进展缓慢。
高硬度的合金体系基体组织一般为马氏体，马氏体良好的硬度极大提高了堆焊熔敷金属的耐磨性，但马氏体组织的韧性稍差，多层堆焊可能产生裂纹，造成堆焊的失败。
发明内容
本发明的目的是公开一种高硬度堆焊合金熔敷金属强韧化方法，克服了现有技术存在的缺陷，使堆焊熔敷金属具有良好的耐磨性和韧性。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种高硬度堆焊合金熔敷金属强韧化方法，其堆焊的合金熔敷金属为复相组织结构，其步骤为：
A)在标准大气压下，室温环境下，零件表面除油除锈，在其上堆敷硬度>55HRC的熔敷金属；
B)在标准大气压下，室温环境下，以每小时温降不大于40℃随炉冷却，得成品。
所述的方法，其所述堆焊熔敷金属的复相组织，是指硬度为>55HRC的堆焊熔敷金属中通过改变堆焊药芯焊丝中的合金组分得到的以马氏体为主，贝氏体为辅的复相组织。
所述的方法，其所述复相组织，以马氏体组织和贝氏体组织的总体积为100％，贝氏体组织占总体积的5～20％。
所述的方法，其所述硬度>55HRC的堆焊熔敷金属，为ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝，其堆焊熔敷金属中的合金化学成份为：C：0.30％，Si：0.82％，Mn：1.2％，Cr：5.52％，V：2.5％，Mo：2.1％。
所述的方法，其所述改变合金组分，是指改变高硬度埋弧堆焊焊丝ZY-YD245-S的合金元素，使堆焊熔敷金属中的锰含量为2.2～2.8％。
所述的方法，其所述改变合金组分，是指改变高硬度埋弧堆焊焊丝ZY-YD245-S的合金元素，使堆焊熔敷金属中的锰含量为2.2～2.8％；钒含量为1.89～2.0％；钼含量为2.7～3％。
所述的方法，其所述改变合金组分，是指改变高硬度埋弧堆焊焊丝ZY-YD245-S的合金元素，使堆焊熔敷金属中的锰含量为2.2～2.8％；钒含量为1.89～2.0％；钼含量为2.7～3％；硅0.42％，钛0.1％，硼0.02％。
本发明的优点是：通过复相组织中马氏体组织及合金组分提高堆焊熔覆金属中的强度和硬度；通过复相组织中贝氏体组织提高堆焊熔敷金属中的韧性，两者结合促使材料具有良好的强韧性，开辟了高硬度堆焊材料强韧性的强化方式。
附图说明
图1为本发明的高硬度堆焊合金熔敷金属强韧化方法制备的复相组织示意图。
具体实施方式
提高堆焊熔敷金属的韧性，特别是高硬度堆焊熔敷金属的韧性是焊接界努力寻求的目标，本发明的高硬度堆焊合金熔敷金属强韧化方法，在保持合金体系不变的情况下，通过改变高硬度(>52HRC)堆焊合金组分和添加微量合金元素，在熔敷金属组织中同时获得马氏体和贝氏体组织，从而提高材料的强韧性。具体采用的方案为：
高硬度堆焊合金采用自制研发的ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝获得，焊丝直径：￠3.2mm，填充率为30％，焊接电流：400A，焊接电压：30V。堆焊合金化学成份为：C：0.30％，Si：0.82％，Mn：1.2％，Cr：5.52％，V：2.5％，Mo：2.1％。堆焊八层，每层四道，搭接量为50％，其组织为马氏体。
具体实施方式如下：
1、未改变合金成分前，在保持堆焊工艺不变的情况下堆焊四层，每层四道，搭接量为50％，基体组织为100％的马氏体。
2、改变ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝的合金成分，使熔敷金属中Mn含量为2.2％，其它合金元素不变，在保持堆焊工艺不变的情况下堆焊四层，每层四道，搭接量为50％，在马氏体的基体上产生了约5％的贝氏体。
3、改变ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝的合金成分，使熔敷金属中Mn含量为2.8％，V：2.0％其它合金元素不变，在保持堆焊工艺不变的情况下堆焊八层，每层四道，搭接量为50％，在马氏体的基体上产生了约10％的贝氏体。
4、改变ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝的合金成分，使熔敷金属中Mn含量为2.8％，V：2.0％，Mo：3％其它合金元素不变，在保持堆焊工艺不变的情况下堆焊八层，每层四道，搭接量为50％，在马氏体的基体上产生了15％的贝氏体。
5、改变ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝的合金成分，使熔敷金属中Mn含量为2.8％，Si：0.4％，V：1.89％，Mo：2.7％，同时加入Ti：0.1％，B：0.02％其它合金元素不变，在保持堆焊工艺不变的情况下堆焊八层，每层四道，搭接量为50％，在马氏体的基体上产生了20％的贝氏体。
并用线切割将堆焊熔敷金属切下，进行冲击、拉伸及硬度试验，每组均进行5次试验，取其平均值。本发明具体实施例的试验结果如表1所示，本发明方法制备的复相组织结构如图1所示，该图所示复相组织为马氏体外加10％贝氏体的复相组织(马氏体+部分贝氏体)。
表1堆焊熔敷金属性能试验结果
| 堆焊熔敷金属马氏体、贝氏体体积含量(％) | 冲击功(αkv) | 极限强度(σb) | 硬度(HRC) |
| 马氏体100％ | 4 | 1650 | 57.0 |
| 马氏体95％+贝氏体5％ | 6 | 1634 | 57.5 |
| 马氏体90％+贝氏体10％ | 9 | 1668 | 57.2 |
| 马氏体85％+贝氏体15％ | 12 | 1626 | 57.9 |
| 马氏体80％+贝氏体20％ | 15 | 1644 | 57.5 |
由表可见：堆焊熔敷金属的硬度和强度变化不大，但韧性却有大幅度的提高：马氏体体积含量为80％，贝氏体体积含量为20％时，其冲击功约为马氏体100％的4倍：从4J提高到15J，而强度和韧性变化不大，完全满足夹送辊、助卷辊、深弯辊等高硬度堆焊合金的应用。大幅度的提高堆焊熔敷金属的韧性，利用复相组织强化法是比微合金、降碳、降硫磷更经济和使用效果更好的方式，特别适用于高硬度的堆焊合金体系。
在高硬度堆焊熔敷金属中利用复相组织结构提高强韧性，将开辟强韧化的新途径。
Claims (2)
1.一种高硬度堆焊合金熔敷金属强韧化方法，其特征在于，堆焊的合金熔敷金属为复相组织结构，其步骤为：
A)在标准大气压下，室温环境下，零件表面除油除锈，在其上堆敷硬度＞55HRC的熔敷金属；
B)在标准大气压下，室温环境下，以每小时温降不大于40℃随炉冷却，得成品；
所述堆焊熔敷金属的复相组织，是指通过改变ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝组分得到的以马氏体为主，贝氏体为辅的复相组织，其中，堆焊熔敷金属硬度为＞55HRC；
ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝，其合金化学成份为：C：0.30％，Si：0.82％，Mn：1.2％，Cr：5.52％，V：2.5％，Mo：2.1％；
通过改变ZY-YD245-S埋弧堆焊焊丝组分，是指改变高硬度埋弧堆焊焊丝ZY-YD245-S的合金元素，使堆焊熔敷金属中的锰含量为2.2～2.8％；钒含量为1.89～2.0％；使钼含量为2.7～3％；硅0.42％，添加钛0.1％，硼0.02％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复相组织，以马氏体组织和贝氏体组织的总体积为100％，贝氏体组织占总体积的5～20％。
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