CN103381527B - 一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝属于焊接材料领域。焊丝由钢带外皮和芯部粉末组成，钢带外皮采用低碳钢钢带，其特征在于芯部粉末元素包括硅、锰、硼、碳和碳化钨颗粒；耐磨堆焊药芯焊丝各组分的质量百分比分别为：硼1～3%，碳0～1.5%，铌0～3%，镍0～5%，碳化钨20～40%，锰2%，硅1%，余量为铁；所述芯部粉末中碳化钨颗粒为铸造碳化钨，尺寸在100～300μm。本发明可广泛应用于冶金、石油、矿山、电力、建材等行业的耐磨机械件上，既可以用于修复已磨损件也可以用来制造新的耐磨件。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，属于焊接材料领域。本发明可广泛应用于冶金、石油、矿山、电力、建材等行业的耐磨机械件上，既可以用于修复已磨损件也可以用来制造新的耐磨件。
背景技术
全世界每年钢材料消耗量达7亿吨以上，其中有50％是由于材料磨损而消耗掉了，我国耐磨件的磨损性普遍低于国外先进水平。仅就我国电力、建筑材料、冶金、采煤和农机五个部门不完全统计，每年消耗金属材料达300万吨以上，再加上能源消耗及因更换零件而停工等损失高达几十亿元。尤其是应用于矿山、水泥等领域的大型机械，在使用过程中由于局部磨损、损伤而无法继续使用，损耗巨大。
碳化钨堆焊合金由于高硬度碳化钨颗粒的存在，使其具有很高的抗磨粒磨损性能，被广泛地用于具有强烈磨粒磨损条件下的零件上。碳化钨材料的堆焊，传统方法是管状焊丝采用高频加热和气焊进行，以减少碳化钨的熔化；而认为采用电弧堆焊会使碳化钨颗粒大部分熔化，导致耐磨性下降。近年来，国外出现了大量的碳化钨药芯焊丝，采用电弧堆焊在性能上与传统的气焊和高频加热相差不大，但碳化钨药芯焊丝几乎都是镍基药芯焊丝，成本较高，所以开发一种价格低廉，耐磨性较好的碳化钨增强铁基堆焊合金具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于用显微硬度很高的铸造碳化钨作为主要硬质相，大大提高堆焊合金的耐磨性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由钢带外皮和芯部粉末组成，钢带外皮采用低碳钢钢带，其特征在于芯部粉末含有元素硼、碳、铌、镍、碳化钨颗粒和锰、硅。耐磨堆焊药芯焊丝各组分的质量百分比分别为：硼1～3%，碳0～1.5%，铌0～3%，镍0～5%，碳化钨20～40%，锰2%，硅1%，余量为铁。
在堆焊过程中，各元素的过度系数分别按如下数据处理：Nb－90%；B－90%；Mn－80%；Si－90%；C－90%；Ni－90%。
药芯焊丝中主要成分作用如下：
碳：是强烈的奥氏体形成元素，并能降低Ms点。适量的碳对堆焊合金的耐磨性有一定的好处，但含量过高堆焊合金的脆性会变大，从而使堆焊合金的韧性下降。因此本发明涉及堆焊合金中C含量为0～1.5wt.%。
硅：Si能脱氧，并具有强烈的固溶强化作用，增加淬硬性以及回火稳定性，而且可降低液态金属表面张力。
锰：具有良好的脱氧和脱硫作用，与硅进行联合脱氧效果更佳，并具有较强的固溶强化作用；能提高脆硬性。
硼：由于B在基体中特别是γ中的固溶度非常小，最大只有0.004%～0.008%。所以，随着γ的长大，B元素被排挤在其周围，当达到共晶温度时，B的含量接近3.8wt.%，发生了共晶反应形成硼化物，因此提高宏观硬度和耐磨性。堆焊合金硬度及相对耐磨性随着硼含量的增加而提高，堆焊合金硼化物体积分数随着硼含量的增加而增加。
铌：铌是强烈的碳化物形成元素。极细的碳化铌颗粒均匀分布于组织中，在结晶时作为外来核心，从而细化组织。含铌碳化物硬度很高，达2200HV，弥散分布于基体中，对基体起到强韧化作用。
镍：Ni是奥氏体化形成元素，同时也是优良的韧性金属，可以增强堆焊合金的韧性，提高堆焊合金的抗裂性。Ni不溶于碳化物，而无限固溶于铁，有扩大铁的奥氏体相区的作用，有助于降低合金的临界冷却速率，同时也使Ms点降低。
本发明的主要特点是通过在药芯粉末中加入大量的铸造碳化钨，用它来作主要硬质相，起到耐磨骨架的作用，而通过Nb和B调整基体的组织和硬度使其对硬质相碳化钨起到良好的支撑作用，使作为硬质相的碳化钨与基体形成良好的配合，最后通过少量的Ni元素来改善堆焊合金的韧性，最终得到具有良好耐磨性的堆焊合金。
附图说明
图1实例2金相组织图；
图2实例3扫描电镜图；
图3实例3堆焊合金的XRD图；
图4实例1-10堆焊合金相对耐磨性变化规律。
具体实施方式
本发明的药芯焊丝不受上述实例的限制，任何在本发明的权利要求书要求保护的范围内的变化和改进都在本发明的保护范围之内。
选用12×0.5（宽度为12mm，厚度为0.5mm）的H08A低碳钢带为药芯焊丝外皮，先将其轧成U形。碳化硼、碳化硅、硅铁、硼铁、铌铁、电解锰、金属铁粉、镍粉、铸造碳化钨等配制成药粉。将所选取的各种粉末加入混粉机内混合30分钟，然后将混合均匀的粉末加入U形H08A低碳钢带槽中，填充率42－48%，然后将U形槽合口，把药粉包裹其中。接着使其分别通过3.3mm、2.9mm、2.7mm、2.5mm、2.3mm、2.1mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最终使其直径达到1.6mm。
具体实例如下：
1、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；B1%；WC40%；Fe余量。药芯焊丝填充率：48%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流150A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为61HRC。
2、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳0.6%；B1%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：44%。用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为59HRC，耐磨性良好。
3、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳0.6%；B2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：44%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为63HRC，耐磨性良好。
4、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳0.6%；B3%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：44%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为65HRC，耐磨性良好，抗裂性一般。
5、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳1.5%；B1%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：42%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为62HRC，耐磨性良好。
6、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳1.5%；B2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：42%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为64.5HRC，耐磨性良好，抗裂性一般。
7、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳1.5%；B3%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：42%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为66.5HRC，耐磨性良好，抗裂性一般。
8、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳1%；B1.5%；铌0.5%，镍2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：43%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为58HRC，耐磨性良好，抗裂性良好。
9、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳1%；B1.5%；铌3%，镍2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：43%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为57.5HRC，耐磨性良好，抗裂性良好。
10、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn2%；Si1%；碳1%；B1.5%；铌1%，镍5%；WC20%；Fe余量。药芯焊丝填充率：42%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为55HRC，耐磨性良好，抗裂性优异。
对各实施例所制备堆焊合金进行的磨粒磨损方法如下：
采用MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机进行。磨损试样尺寸为57×25.5×16（mm），试验参数如下：橡胶轮转速240r/min，橡胶轮直径178mm，橡胶轮硬度60绍尔，载荷100N，磨料为40-70目石英砂，预磨1000转，精磨3000转。在试验前后都将试样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，试验中用45淬火钢作为对比试样，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。
相对耐磨性
Claims (1)
1.一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由钢带外皮和芯部粉末组成，钢带外皮采用低碳钢钢带，其特征在于芯部粉末元素包括硅、锰、硼、碳、铌、镍和碳化钨颗粒；耐磨堆焊药芯焊丝各组分的质量百分比分别为：硼1～3%，碳0～1.5%，铌0～3%，镍0～5%，碳化钨20～40%，锰2%，硅1%，余量为铁；所述芯部粉末中碳化钨颗粒为铸造碳化钨，尺寸在100～300μm。
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