CN101817125B - 一种非晶态耐磨堆焊涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种非晶态耐磨堆焊涂层制备方法，属于材料加工工程中的焊接领域，该发明主要应用于耐磨损设备部件的堆焊修复和再制造。发明所提供的非晶态耐磨堆焊涂层制备方法，其特征在于，在施焊过程中，在焊缝金属冷却凝固的同时，加以液氮激冷，达到非晶形成所需要的冷却速度，从而使堆焊金属得到非晶态组织。其特征在于，所属的粉芯成分质量百分含量范围如下：高碳铬铁：45～60％；金属铬：8～20％；钼铁：4～8％；金属锰：5～10％；高硅硅铁：5～8％；铌铁：2～5％；钛铁：2～10％；钒铁：2～10％。利用该发明制备出的金属合金堆焊涂层，由于堆焊金属中有了非晶态合金的存在，堆焊金属的硬度、相对耐磨性及冲击韧性都了很大提高。其制备方法采用现有技术：将轧钢带成U形，再向U形槽中加入占本发明焊丝总重的20-50％的本发明药芯；将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm，得到最终产品。
Description
技术领域
一种非晶态耐磨堆焊涂层制备方法，属于材料加工工程中的焊接领域，该发明主要应用于耐磨损设备部件的堆焊修复和再制造。
背景技术
铁基耐磨堆焊合金由于硬度高、综合性能好、价格低廉而被广泛应用于工业生产领域中的磨料磨损的工况环境。
但铁基合金堆焊材料也存在许多问题。在高硬度高耐磨的工况条件要求下，铁基材料只能通过增加含碳量来提高硬度和耐磨性，而通常硬度只能达到HRC 60左右，为高铬铸铁型材料，不能承受高应力及高冲击工况；在要求高应力及高冲击的工况下，只能通过降低含碳量、增加含锰量，即所谓的高锰钢来实现，而此时硬度较低(通常为HRC 50左右)，又不能实现高硬度高耐磨的要求。
而非晶态合金正是解决这些矛盾的一个方法，非晶态金属比一般金属具有极高的强度。非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。
本发明所要解决的问题是：在不增加材料成本的条件下，通过一定的工艺条件，使堆焊材料非晶态化，从而使耐磨堆焊涂层的硬度、耐磨性及抗冲击性能得到优良的结合。
发明内容
本发明所提供的非晶态耐磨堆焊涂层制备方法，其特征在于，在施焊过程中，在焊缝金属冷却凝固的同时，加以液氮激冷，达到非晶形成所需要的冷却速度，从而使堆焊金属得到非晶态组织。
焊接材料采用药芯焊丝，所述的药芯成分质量百分含量范围如下：
高碳铬铁：45～60％；金属铬：8～20％；钼铁：4～8％；金属锰：5～10％；高硅硅铁：5～8％；铌铁：2～5％；钛铁：2～10％；钒铁：2～10％。
其中各组分作用如下：
高碳铬铁：向焊缝金属过渡合金元素。
金属铬：焊缝金属的增强相。
钼铁：向焊缝金属过渡合金元素。
金属锰：脱氧，向焊缝金属过渡合金元素。
高硅硅铁：脱氧，向焊缝金属过渡合金元素。
铌铁：向焊缝金属过渡合金元素。
钛铁：细化晶粒，提高韧性。
钒铁：向焊缝金属过渡合金元素。
本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：
1、将轧钢带成U形，再向U形槽中加入占本发明焊丝总重的20-50％的本发明药芯；
2、将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm，得到最终产品。
附图说明
图1：药芯焊丝成形工艺示意图。
具体实施方式
1.选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取高碳铬铁粉末45克、金属铬粉末20克、钼铁8克、金属锰粉末10克、高硅硅铁粉末8克、铌铁粉末5克、钛铁粉末2克、钒铁粉末2克。(所取粉末的粒度为能通过40目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为20％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.4mm、3.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。将制成的焊丝分成两段。分别施焊，其中一段施焊过程中采用液氮激冷，焊接规范相同，焊接电流350～550A，焊接电压25～35V。层间温度控制在100～200℃。两者堆焊层熔敷金属硬度、相对耐磨性非晶态比例及冲击韧性对比见表1。
2.选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取高碳铬铁粉末60克、金属铬粉末8克、钼铁4克、金属锰粉末5克、高硅硅铁粉末5克、铌铁粉末2克、钛铁粉末10克、钒铁粉末6克。(所取粉末的粒度为能通过40目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为30％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.4mm、3.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。将制成的焊丝分成两段。分别施焊，其中一段施焊过程中采用液氮激冷，焊接规范相同，焊接电流350～550A，焊接电压25～35V。层间温度控制在100～200℃。两者堆焊层熔敷金属硬度、相对耐磨性非晶态比例及冲击韧性对比见表1。
3.选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取高碳铬铁粉末48克、金属铬粉末10克、钼铁6克、金属锰粉末8克、高硅硅铁粉末6克、铌铁粉末4克、钛铁粉末8克、钒铁粉末10克。(所取粉末的粒度为能通过40目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为30％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.4mm、3.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。将制成的焊丝分成两段。分别施焊，其中一段施焊过程中采用液氮激冷，焊接规范相同，焊接电流350～550A，焊接电压25～35V。层间温度控制在100～200℃。两者堆焊层熔敷金属硬度、相对耐磨性非晶态比例及冲击韧性对比见表1。
4.选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。取高碳铬铁粉末55克、金属铬粉末9克、钼铁5克、金属锰粉末6克、高硅硅铁粉末7克、铌铁粉末3克、钛铁粉末8克、钒铁粉末7克。(所取粉末的粒度为能通过40目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为30％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.4mm、3.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。将制成的焊丝分成两段。分别施焊，其中一段施焊过程中采用液氮激冷，焊接规范相同，焊接电流350～550A，焊接电压25～35V。层间温度控制在100～200℃。两者堆焊层熔敷金属硬度、相对耐磨性非晶态比例及冲击韧性对比见表1。
表1所打硬度均采用HR-150A洛氏硬度机，载荷为150kg，对堆焊层取五点打硬度，最后得到该焊丝堆焊层的平均洛氏硬度值。
非晶组织成分测定采用D8ADVANCE X射线衍射仪。
磨损实验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机进行磨损实验。
在堆焊层中取六个57×25×5mm磨损式样，磨损实验时，实验参数如下：橡胶轮转速：240转/分，橡胶轮直径：178mm，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：10Kg，磨损时间：250s，橡胶轮转数：约1000转，磨料：40～70目的石英砂。材料的耐磨性能用磨损的失重量来衡量。在实验前、后，将试件放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5分钟，实验时用Q235钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。
由表1可见，由于堆焊金属中有了非晶态合金的存在，堆焊金属的硬度、相对耐磨性及冲击韧性都了很大提高。
表1
Claims (1)
1.一种非晶态耐磨堆焊涂层制备方法，属于材料加工工程中的焊接领域，主要应用于耐磨损设备部件的堆焊修复和再制造，其特征在于在铁基堆焊材料中加入药芯成分，从而在施焊过程中，在焊缝金属冷却凝固的同时，加以液氮激冷，达到非晶态形成所需要的冷却速度，从而使堆焊金属得到非晶态组织，所述的药芯成分质量百分含量范围如下：
高碳铬铁：45～60％；金属铬：8～20％；钼铁：4～8％；金属锰：5～10％；高硅硅铁：5～8％；铌铁：2～5％；钛铁：2～10％；钒铁：2～10％。
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