CN103240547A - 一种TiB2陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TiB₂陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，针对耐磨堆焊使用的药芯焊丝的不足，采用金属类和非金属类药粉进行混合，金属类采用高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉，非金属类采用二硼化钛粉、石墨粉，经制备焊丝钢带、加入药粉、绕盘封装，制成二硼化钛陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝，此种药芯焊丝的粉芯化学成分配比合理先进，数据翔实准确，焊接效果好、质量高，焊接接头强度高，耐磨性能好，焊层硬度达HRC68.4，耐磨性提高20%，是十分理想的二硼化钛陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝。

Description

一种TiB2陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法

技术领域

本发明涉及一种TiB₂陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，属金属焊接材料的制备及应用的技术领域。

技术背景

磨损是造成机械失效的主要原因之一，现代化机械设备及其零件在使用过程中对材料的磨损性能要求越来越高，使用寿命越来越影响设备的机械性能和生产效率。

堆焊作为材料表面改性的一种经济而快捷的工艺方法，能有效地改变材料表面的耐磨性、耐蚀性和其他力学性能，对提高零件的使用寿命、合理使用材料、提高产品性能、降低成本有显著的效果，越来越广的应用于机械零件的制造修复中。

焊接质量的好坏、焊接效率的高低是由焊接材料、焊接工艺决定的，尤其是焊接材料是焊接的关键，堆焊材料是影响堆焊合金耐磨性的重要因素，焊接材料是焊接时的消耗材料，包括焊条、焊丝、焊剂、气体，其中药芯焊丝的优点是：生产效率高，可连续自动或半自动焊接，熔敷速度高，焊缝截面大，可减少坡口角度，节省熔敷金属，对焊缝有明显的冶金改善效果。

目前对耐磨件的修复主要是采用耐磨堆焊药芯焊丝焊接，但是，目前高硬度耐磨堆焊药芯焊丝综合性能不理想，存在诸多弊端，例如：药芯的化学成分配比不合理、焊接时金属流动性差、焊接接头硬度、耐磨性、耐蚀性低，从而使堆焊合金后的耐磨性达不到使用要求，致使耐磨金属构件寿命不高。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，在堆焊药芯焊丝中添加二硼化钛，制成一种陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝，以大幅度提高黑色金属堆焊构件的耐磨性。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：冷轧碳素钢带、高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉、二硼化钛粉、石墨粉，其准备用量为：以克、毫米为计量单位

冷轧碳素钢带：               10000mm×14mm×0.3mm

Fe:99.42%，C:0.08％，Mn:0.44％，Si:0.02％，S:0.02％，P:0.02％；

高碳铬铁粉：FeCr₅₅C_4.5，Cr:53.49%，Fe:39.51%，C:4.5％，S:0.03%，Si:2.42%，P:0.05% ，                            100g±0.1g；

中碳锰铁粉：FeMn₇₈C，Mn:78.72％，Fe:19.98%，C:0.07％，Si:1.2％，S:0.02％，P:0.01％，                                                                          15g±0.1g；

钼铁粉：FeMo₆₀，Mo:60.81％，Fe:37.19%，C:0.12％，S:0.08％，P:0.03％，Si:1.77％，                                                                               10g±0.1g；

硅铁粉：FeSi₄₅，Si:45.66%，Fe:53.64%，S:0.01％，P:0.03％，Mn:0.66％，                                                                                   15g±0.1g；

铝镁合金粉：Al₅₀Ml₅₀，Al:50%，Mg:50%，                                  15g±0.1g；

二硼化钛粉：TiB₂ , Ti:68.56%，B:31.42%，P:0.01%，S:0.01%,，                          12g±0.1g；

石墨粉： C,95.6％，杂质4.4%，                                                15g±0.1g；

制备方法如下：

（1） 精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料冷轧碳素钢带、金属类和非金属类药粉要进行精选，并进行质量纯度控制；

（2）药粉处理

①将高碳铬铁粉100g±0.1g、中碳锰铁粉15g±0.1g、钼铁粉10g±0.1g、硅铁粉15g±0.1g分别置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度150℃±5℃，干燥时间60min；

②将二硼化钛粉12g±0.1g、石墨粉15g±0.1g，分别置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度350℃±5℃，干燥时间60min；

（3）筛粉、配粉、混粉

①将干燥后的金属类高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉分别用80目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质；

②将干燥后的非金属类二硼化钛粉、石墨粉分别用100目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质；

③称取过筛后的高碳铬铁粉76g±0.1g、中碳锰铁粉14.5g±0.1g、钼铁粉6.6g±0.1g、硅铁粉12.3g±0.1g、铝镁合金粉11g±0.1g、二硼化钛粉10.9g±0.1g、石墨粉14.5g±0.1g加入混粉机内，进行搅拌混合，搅拌转数10r/min，搅拌时间30min，搅拌后成混合药粉；

（4）钢带轧制、药粉封装

将冷轧碳素钢带在成型轧机上轧制成U型，然后填充混合药粉，并封装，混合药粉的填充率为50%，然后将其轧制成圆管型；

（5）精密拉丝、卷绕

在拉丝机上通过硬质合金拉丝模把焊丝的直径逐步拉拔减径加工，使焊丝直径尺寸为Φ2.8 mm，然后卷绕成焊丝盘，即耐磨堆焊药芯焊丝；

（6）检测、试验、分析

对制备的耐磨堆焊药芯焊丝盘进行检测；

用Deltaweld-852型焊机进行堆焊试验；

用CMM-20Z型光学显微镜进行堆焊合金组织分析；

用 ML-10磨料磨损试验机对堆焊层进行耐磨性能分析；

结论：TiB₂陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝为圆管形焊丝盘绕组成的焊丝盘，堆焊焊接层的耐磨性能得到提高，硬度达HRC68.4，提高32.1%，耐磨性提高20%。

 

所述的TiB₂陶瓷强化堆焊药芯焊丝的药粉组成为：高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉、二硼化钛粉、石墨粉，其组合配比为：高碳铬铁粉：中碳锰铁粉：钼铁粉：硅铁粉：铝镁合金粉：二硼化钛粉：石墨粉＝76:14.5:6.6:12.3:11:10.9:14.5。

 

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对黑色金属使用的药芯焊丝存在缺陷的情况，药芯采用金属类、非金属类细粉进行混合，金属类采用高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉，非金属类采用二硼化钛粉、石墨粉，经制备焊丝钢带、加入药粉、封装盘丝，制成二硼化钛陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝，这种焊丝的药芯化学成分配比合理、先进，焊接效果好，焊缝强度高、耐磨性好，焊接层硬度达HRC68.4，提高32.1%，耐磨性可提高20%，是十分理想的陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝。

附图说明

图1为焊丝制备工艺流程图

图2为二硼化钛陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝结构图

图3为图2的A-A剖面图

图4为用TiB₂强化的耐磨堆焊药芯焊丝堆焊熔敷金属层金相组织图

图中所示，附图标记清单如下：

1、焊丝主体部，2、焊丝卷弯部，3、混合药粉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为焊丝制备工艺流程图，制备使用的金属类和非金属类细粉要进行严格筛选，并进行严格的质量配比控制。

制备使用的化学物质、药粉成分的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫米为计量单位。

焊丝制备过程要严格按照工艺流程进行，各量化配比参数要严格遵照执行。

图2、3所示，为焊丝结构图，焊丝整体为圆盘形，中间为焊丝主体部1，焊丝主体部1的侧面为焊丝卷弯部2，焊丝主体部1内为混合药粉3。

图4所示，为TiB₂强化的耐磨堆焊药芯焊丝堆焊熔敷金属层的金相组织图，图中可知：堆焊金属的基体是马氏体，基体中分布着六边形的初生碳化物和细小的共晶碳化物，初生碳化物中心有黑色颗粒，为TiC-TiB₂复合化合物，TiC-TiB₂复合化合物作为异质颗粒，是初生碳化物的形核中心，有利于初生碳化物成核，TiC-TiB₂的显微硬度高达3200~400HV，弥散分布在初生碳化物和基体组织中，形成高硬度耐磨质点，提高了堆焊合金的硬度和耐磨性。

实施例1：

焊接方法如下：

采用Deltaweld-852型焊机焊接，直流反接，不添加保护气体，进行明弧堆焊，焊接工艺参数为：电压27-36V，电流460-500A，送丝速度：460-500mm/min，焊丝干伸长为，20-30mm；在堆焊合金中形成硬质相—TiC-TiB₂复合化合物，弥散分布在初生碳化物和基体组织中，形成高硬度耐磨质点，提高了堆焊合金的硬度和耐磨性。

Claims (2)

1.一种TiB₂陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：冷轧碳素钢带、高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉、二硼化钛粉、石墨粉，其准备用量为：以克、毫米为计量单位

冷轧碳素钢带：               10000mm×14mm×0.3mm

Fe:99.42%，C:0.08％，Mn:0.44％，Si:0.02％，S:0.02％，P:0.02％；

高碳铬铁粉：FeCr₅₅C_4.5，Cr:53.49%，Fe:39.51%，C:4.5％，S:0.03%，Si:2.42%，P:0.05% ，                            100g±0.1g；

中碳锰铁粉：FeMn₇₈C，Mn:78.72％，Fe:19.98%，C:0.07％，Si:1.2％，S:0.02％，P:0.01％，                    15g±0.1g；

钼铁粉：FeMo₆₀，Mo:60.81％，Fe:37.19%，C:0.12％，S:0.08％，P:0.03％，Si:1.77％，                             10g±0.1g；

硅铁粉：FeSi₄₅，Si:45.66%，Fe:53.64%，S:0.01％，P:0.03％，Mn:0.66％，                                     15g±0.1g；

铝镁合金粉：Al₅₀Ml₅₀，Al:50%，Mg:50%，      15g±0.1g；

二硼化钛粉：TiB₂ , Ti:68.56%，B:31.42%，P:0.01%，S:0.01%,，                   12g±0.1g；

石墨粉： C,95.6％，杂质4.4%，               15g±0.1g；

制备方法如下：

精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料冷轧碳素钢带、金属类和非金属类药粉要进行精选，并进行质量纯度控制；

（2）药粉处理

①将高碳铬铁粉100g±0.1g、中碳锰铁粉15g±0.1g、钼铁粉10g±0.1g、硅铁粉15g±0.1g分别置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度150℃±5℃，干燥时间60min；

②将二硼化钛粉12g±0.1g、石墨粉15g±0.1g，分别置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度350℃±5℃，干燥时间60min；

（3）筛粉、配粉、混粉

①将干燥后的金属类高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉分别用80目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质；

②将干燥后的非金属类二硼化钛粉、石墨粉分别用100目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质；

③称取过筛后的高碳铬铁粉76g±0.1g、中碳锰铁粉14.5g±0.1g、钼铁粉6.6g±0.1g、硅铁粉12.3g±0.1g、铝镁合金粉11g±0.1g、二硼化钛粉10.9g±0.1g、石墨粉14.5g±0.1g加入混粉机内，进行搅拌混合，搅拌转速10r/min，搅拌时间为30min，搅拌混合后成混合药粉；

（4）钢带轧制、药粉封装

将冷轧碳素钢带在成型轧机上轧制成U型，然后填充混合药粉，并封装，混合药粉的填充率为50%，然后将其轧制成圆管型；

（5）精密拉丝、卷绕

在拉丝机上通过硬质合金拉丝模把焊丝的直径逐步拉拔减径加工，使焊丝直径尺寸为Φ2.8 mm，然后卷绕成焊丝盘，即耐磨堆焊药芯焊丝；

（6）检测、试验、分析

对制备的耐磨堆焊药芯焊丝盘进行检测；

用Deltaweld-852型焊机进行堆焊试验；

用CMM-20Z型光学显微镜进行堆焊合金组织分析；

用 ML-10磨料磨损试验机对堆焊层进行耐磨性能分析；

结论：TiB₂陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝为圆管形焊丝盘绕组成的焊丝盘，堆焊焊接层的耐磨性能得到提高，硬度达HRC68.4，提高32.1%，耐磨性提高20%。

2.根据权利要求1所属的一种TiB₂陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述的TiB₂陶瓷强化的堆焊药芯焊丝的药粉组成为：高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉、二硼化钛粉、石墨粉，其组合配比为：高碳铬铁粉：中碳锰铁粉：钼铁粉：硅铁粉：铝镁合金粉：二硼化钛粉：石墨粉＝76:14.5:6.6:12.3:11:10.9:14.5。

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