CN103894757A - 一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝 - Google Patents

一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，属于工程应用技术领域，主要应用于工件的耐磨、抗低应力冲击等方面。其堆焊层的特性在于堆焊层与基体为冶金结合、硬度高、耐磨粒磨损性能强及具有一定的抵抗低应力冲蚀的能力。焊丝由镍带包皮和芯部粉末组成。所述的药芯成分的质量百分含量如下：WC：30～50%；Si：2～4%；B：1～3%；Mn：1～2%；Nb：0～5.5%；萤石：0.5～2%；Fe：1～5%；C：0.15～0.45%；Ni：余量。用本发明研制的药芯焊丝制备的堆焊层，硬度高（＞55HRC），堆焊层中WC硬质相的硬度达到1630HV0.3，NbC硬质相的硬度达到1850HV0.3。对堆焊层进行磨粒磨损试验，测试其相对耐磨性为不添加硬质相的镍基基体的28倍以上。

Description

一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝
技术领域
本发明涉及一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，属于焊接材料领域，应用于工程表面改性。可广泛应用于矿山、机械、电力等行业的机械的耐磨件上，还可以堆焊修复和制造新的耐磨件。
背景技术
金属材料失效的三种方式为：断裂、腐蚀和磨损，在全球范围内每年的钢材消耗达7亿吨以上，其中最为严重的损失发生在材料的磨损方面，大概有将近50%的材料被磨损消耗掉了。材料的磨损不同于其它形式，很少引起金属工件灾难性的危害，但是其造成的经济损失却是相当惊人的。仅对我国冶金、煤炭、电力、建材、农机等行业的不完全统计，作业环境为泥沙、粉尘、矿石等介质的金属机件每年被磨掉的重量达百万吨以上，再考虑停机、更换设备的损失，由于磨损造成的损失是相当严重的。因此，研制高性能的抗磨材料、提高设备的使用寿命，对减少停机和维修，提高产量，增加效益，都有重大意义。
颗粒增强金属基复合材料作为一种高性能、低成本的金属基复合材料，被认为是应用范围广、开发和应用前景大的一类金属基复合材料，目前国外已将其应用于航空、航天、军械、汽车、电子等领域。Ni基合金由于具有组织稳定、工作温度高、具有良好的润湿性以及抗高温腐蚀性能;WC、NbC硬质颗粒具有高硬度、高弹性模量、高热硬度、耐蚀性、耐热冲击性和耐磨性等诸多优点;所以，本发明结合Ni基合金和WC、NbC硬质颗粒的优点，制备耐磨粒磨损性能、抵抗低应力冲蚀的堆焊层所用的药芯焊丝。
国内制备的镍基含WC硬质颗粒的涂层的方法主要采用热/等离子喷涂技术、等离子熔覆技术、激光熔覆技术等，研究表明WC硬质合金的加入能够明显的提高基体合金的耐磨性。但是，应用MIG堆焊技术来制备WC、NbC颗粒增强Ni基合金堆焊层的研究还很少见。在实际的工程应用中，熔化极气体保护焊（MIG）由于设备成本低、堆焊效率高、易于实现操作、堆焊层与基体金属结合强度高（冶金结合）而被广泛应用。因此，开发适用于MIG耐磨堆焊的药芯焊丝也是焊接材料领域的重点研发方向之一。
WC、NbC颗粒是硬质合金陶瓷中颗粒状元素，具有很高的硬度，可以作为硬质相或增强颗粒，经过烧结、粉碎而制成硬质合金粉末材料。这类硬质合金粉末，可以用MIG工艺方法制备颗粒增强堆焊层。采用保护气氛，防止颗粒增强相中的硬质相和碳化物物质的烧损，是获得优质耐磨堆焊层的重要条件。采用含有WC、NbC硬质相的堆焊材料制备出来的堆焊层具有硬度高，耐磨性好，且镍基基体具有较好的韧性，两者之间的相互配合，可以制备出耐磨损和抵抗一定应力冲击的堆焊层。
发明内容
本发明所要达到的最终目的是：用本发明的一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝制备出堆焊层，使堆焊层具有硬质合金复合材料的优质的耐磨粒磨损性能，抵抗一定应力冲蚀的能力。
本发明所提供的镍基含WC、NbC颗粒增强堆焊用药芯焊丝，药芯焊丝外皮所用带材为含量为99%以上的纯镍带，药芯焊丝的填充率为35-38%，所述的药芯粉末包括以下质量百分含量的物质：WC：30～50%；Si：2～4%；B：1～3%；Mn：1～2%；Nb：0～5.5%；萤石：0.5～2%；Fe：1～5%；C：0.15～0.45%；Ni：余量。
本发明镍基含WC、NbC颗粒增强堆焊用药芯焊丝的制备方法包括以下步骤：
1、将Ni带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明药芯焊丝总重35-38%的药芯粉末；
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2.4mm，得到最终产品。
使用本发明在经过喷砂粗化后的金属基体上按照MIG堆焊时的工艺参数进行堆焊，制备得到的堆焊层硬度高（＞55HRC）、与基体为冶金结合、具有良好的耐磨粒磨损性能，堆焊层中的的WC、NbC硬质相硬度（1600-1850HV0.3）。对堆焊层进行磨粒磨损实验，测试其相对耐磨性为不添加硬质相的镍基基体的28倍以上。
附图说明
图1：实施例5中WC、NbC颗粒增强镍基复合材料的磨损形貌图；
图2：实施例5中堆焊熔敷金属SEM图；
图3：实施例5中堆焊熔敷金属XRD图；
表1：表1熔敷金属的硬度、相对耐磨性。
具体实施方式
下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明绝非仅局限于所陈述的实施例。
各实施例中相同部分如下所述：
选用12×0.5mm（宽度为12mm，厚度为0.5mm）的纯Ni带作为外皮，先将其轧成U形。铸造碳化钨颗粒、铌铁、碳化硅粉末、45#硅铁粉末、碳化硼粉末、电解锰粉粉末和氟化钠粉末配制成药粉，所取的铸造碳化钨颗粒通过60-80目的筛子。将所取各种粉末放入混粉机内混合40min，然后将混合粉末加入U形Ni带槽中，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到2.4mm，得到所需的耐磨堆焊药芯焊丝。
具体实施例如下：
1.一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，取铸造碳化钨0.3千克、碳化硅0.043千克、45#硅铁0.066千克、碳化硼0.038千克、电解锰0.034千克、萤石0.015千克、镍粉0.504千克。将得到的药芯粉末加入U形的镍带槽中，填充率为35%，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的WC颗粒增强耐磨堆焊药芯焊丝。焊接工艺参数为：采用纯氩气气体保护，电压22-23.5V，电流250-280A。堆焊层硬度、抗磨粒磨损性能测试数据见表1。
2.一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，取铸造碳化钨0.35千克、碳化硅0.086千克、45#硅铁0.132千克、碳化硼0.057千克、电解锰0.051千克、铌铁0.046千克、萤石0.005千克、镍粉0.273千克。将得到的药芯粉末加入U形的镍带槽中，填充率为36%，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的WC颗粒增强耐磨堆焊药芯焊丝。焊接工艺参数为：采用纯氩气气体保护，电压22-23.5V，电流250-280A。堆焊层硬度、抗磨粒磨损性能测试数据见表1。
3.一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，取铸造碳化钨0.40千克、碳化硅0.065千克、45#硅铁0.099千克、碳化硼0.045千克、电解锰0.068千克、铌铁0.115千克、萤石0.020千克、镍粉0.189千克。将得到的药芯粉末加入U形的镍带槽中，填充率为37%，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的WC颗粒增强耐磨堆焊药芯焊丝。焊接工艺参数为：采用纯氩气气体保护，电压22-23.5V，电流250-280A。堆焊层硬度、抗磨粒磨损性能测试数据见表1。
4.一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，取铸造碳化钨
0.45千克、碳化硅0.086千克、45#硅铁0.132千克、碳化硼0.057千克、电解锰0.042千克、铌铁0.138千克、萤石0.025千克、镍粉0.07千克。将得到的药芯粉末加入U形的镍带槽中，填充率为37%，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的WC颗粒增强耐磨堆焊药芯焊丝。焊接工艺参数为：采用纯氩气气体保护，电压22-23.5V，电流250-280A。堆焊层硬度、抗磨粒磨损性能测试数据见表1。
5.一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，取铸造碳化钨0.50千克、碳化硅0.043千克、45#硅铁0.067千克、碳化硼0.076千克、电解锰0.034千克、铌铁0.250千克、萤石0.030千克。将得到的药芯粉末加入U形的镍带槽中，填充率为38%，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的WC颗粒增强耐磨堆焊药芯焊丝。焊接工艺参数为：采用纯氩气气体保护，电压22-23.5V，电流250-280A。堆焊层硬度、抗磨粒磨损性能测试数据见表1。
对实例所制备的堆焊层熔敷金属进行硬度实验、耐磨损实验。
宏观硬度的测试采用HBRV-187.5电动布洛维硬度计进行测试，将试样磨平并保证试样上下表面光滑平整，测定5点HRC，取其平均值。实验压头为金刚石材料，加载载荷150Kg，加载时间为5s，回复时间3s，任意两个测试点之间的距离应不小于3mm，最后得到该堆焊层的平均硬度值如表1所示。
堆焊合金磨粒磨损试验采用MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机进行测试，磨损试样尺寸为57mm×25mm×13mm，试验参数为：橡胶轮直径176mm，转速240r/min，橡胶轮硬度SHORE A60，加载载荷100N，磨料为212～380μm的石英砂。材料的耐磨性能用磨损的失重来衡量，在试验前后，将试件在超声波清洗仪中用丙酮溶液清洗3-5min，干燥后用精度为0.1mg的塞多利斯BS224S型电子天平称量。分别算出3个试样磨损前后的重量差，即为失重量，然后取3组数据的平均值（平均失重）来衡量堆焊合金的耐磨性。试验选用未添加硬质颗粒的镍基基体（即Ni-B-Si基体）作为对比试样，对比试样失重量与测量试样失重量之比作为堆焊层合金的相对耐磨性。
表1  熔敷金属的硬度、相对耐磨性

Claims (1)

1.一种镍基含WC、NbC硬质合金的MIG堆焊用药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯丝材外皮为镍带，所述的药芯焊丝药粉成分质量百分含量范围如下：
WC：30～50%；Si：2～4%；B：1～3%；Mn：1～2%；Nb：0～5.5%；萤石：0.5～2%；Fe：1～5%；C：0.15～0.45%；Ni：余量。
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