CN104959747B - 一种金属陶瓷焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属陶瓷焊丝及其制备方法，由金属带包裹粉芯经拉拔、减径制成；所述粉芯包括占所述焊丝总质量百分比的下述混合粉末：10.0％‑20.0％的碳化钛、5.0％‑10.0％的碳化铌、3.0％‑5.0％的碳化铬、1.0％‑2.0％的碳化硼、0.1％‑0.5％的钒粉、0.1％‑0.5％的钼粉、0.01％‑0.1％的硫和磷，余量为铁粉；所述混合粉末在粉芯焊丝中的质量百分含量为20％‑40％。本发明的金属陶瓷焊丝在堆焊在磨辊表面后，显著提高磨辊耐磨涂层的接合强度、韧性、耐磨性，并且比重轻，硬度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接材料，具体涉及一种用于磨辊堆焊的金属陶瓷焊丝及其制备方法，特别是一种用于中速磨煤机磨辊耐磨堆焊的粉芯焊丝及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。
背景技术
中速磨煤机广泛用于火力发电厂、矿山、水泥厂制备煤粉燃料。煤粉燃料掺杂硬质物质导致磨煤机磨辊磨损剧烈，造成使用寿命短，综合资源浪费严重。通常中速磨煤机磨辊是由高铬铸铁和合金钢铸造而成的，如果因磨辊磨损失效而重新铸造更换，势必造成极大的浪费，且大大地提高了生产成本。为此许多中速磨煤机磨辊采用堆焊耐磨涂层技术抗击磨损，从而延长部件的使用寿命，提高设备运行效率，降低综合成本，属节能减排领域。
中速磨煤机的磨辊采用堆焊耐磨涂层技术，是将耐磨粉芯焊丝堆焊在磨辊辊套表面形成耐磨涂层。堆焊后辊套与新品铸造件相比，由于耐磨层硬度较高，比之未堆焊防磨层的磨辊能够更有效地抵御磨料磨损，因而具有比未堆焊磨辊强得多的耐磨性。
现有技术中，碳化钨、碳化钛等碳化材料作为堆焊焊丝中的硬质相，由于其硬而脆，韧性差，在高应力、受冲击、强疲劳等工况条件下工作时，耐磨层易产生裂纹、颗粒破碎和脱落，从而丧失耐磨性。其次，由于磨辊辊套母材一般为高铬铸铁，与碳化合金的堆焊焊丝成分差异大，造成焊接接合强度低，耐磨层与磨辊的基体容易剥离，丧失耐磨性。再次，由于焊接时的热输入大，自保护焊的飞溅严重，粉芯焊丝保护效果不佳会造成耐磨层出现诸多气孔，所以如何得到焊道成型美观的产品非常重要。
发明内容
本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的目的是提供一种金属陶瓷焊丝及其制备方法。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种金属陶瓷焊丝，由金属带包裹粉芯经拉拔、减径制成；其特征在于：所述粉芯包括占所述焊丝总质量百分比的下述混合粉末：10.0％-20.0％的碳化钛、5.0％-15.0％的碳化铌、3.0％-5.0％的碳化铬、1.0％-2.0％的碳化硼、0.1％-0.5％的钒、0.1％-0.5％的钼、0.01％-0.1％的硫和磷，余量为铁粉；所述混合粉末在焊丝中的质量百分含量为20％-40％。
优选地，所述粉芯由占所述焊丝总质量百分比的下述混合粉末组成：15.0％的碳化钛、8.0％的碳化铌、4.0％的碳化铬、2.0％的碳化硼、0.5％的钒、0.5％的钼、0.01％的硫和磷，1.5％的铁。
优选地，所述粉芯的混合粉末包括占所述焊丝总质量百分比的0.5％-2.0％二硼化钛和0.5％-2.0％二硼化铌。
优选地，所述粉芯由占所述焊丝总质量百分比的下述混合粉末组成：15.0％的碳化钛、8.0％的碳化铌、4.0％的碳化铬、2.0％的碳化硼、0.5％的钒、0.5％的钼、0.01％的硫和磷，1.0％二硼化钛和1.0％二硼化铌，1.5％的铁。
金属可以采用本领域常规使用的金属带，优选地，所述金属带为铁带。
优选地，所述金属带的厚度为0.2-0.4mm。
优选地，所述焊丝的直径为2-4mm。
本发明还提供了上述的金属陶瓷焊丝的制备方法，按所述比例称取各种粉末，放入球磨机中混合研磨4-6小时，混合均匀后用金属带包裹混合粉末，经成型机轧制、拉丝机组拉拔、磨削机磨削、抛光机组抛光处理工序制成焊丝。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的金属陶瓷焊丝，以碳化钛、碳化铌作为主要硬质相，其它碳化金属作为辅助硬质相，并选用铁作为粘结剂，添加钼和钒，显著提高磨辊耐磨涂层的接合强度、韧性、耐磨性，并且比重轻，硬度高。
(2)本发明提供了的金属陶瓷焊丝，可用明弧直接堆焊。由于钼和钒的固溶强化作用，可以有效地细化熔敷金属晶粒，提高抗蠕变能力，抵制陶瓷合金的脆性，改善成型性能。再者，可以使堆焊层与辊体的之间过滤层含有大量的钼和钒，过渡层的韧性得到非常大的提高，这样可以在耐磨层和辊体之间起到很好的过渡作用，使得堆焊后的耐磨层与磨辊的辊体不容易剥离。
(3)本发明提供了的金属陶瓷焊丝，由于添加了少量二硼化钛和二硼化铌，二硼化钛和二硼化铌与碳化钛、碳化铌等硬质相形成低共熔物，在1600-1700℃左右便可烧结，可得到完全致密的耐磨层。同时，这类组合低共熔物的界面组合亦十分理想，可形成关联或半关联相界，对材料韧性提高十分有利，提高耐磨层的耐龟裂性，减少裂纹产生。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
金属陶瓷磨辊包括辊体和设置在辊体表面的耐磨层，耐磨层可以按照下述方式制备：按下述质量百分比例称取各种成分：碳化钛20.0％、碳化铌5％、碳化铬5.0％、碳化硼1.0％，钼0.1％、钒0.1％、铁1.5％，放入球磨机中混合研磨5小时(该混合粉末构成耐磨层的质量百分含量为32.7％)，混合均匀后以厚度为0.28mm的铁带包裹混合粉末，经成型机轧制、拉丝机组拉拔、磨削机磨削、抛光机组抛光处理工序制成直径为3.2mm的焊丝。
上述焊丝堆焊成耐磨层的方法：采用明弧堆焊方法将焊丝堆焊在已抛光处理的磨辊工作面上形成耐磨层，焊接电流190A，焊接电压28V，连续堆焊3层后，耐磨层表面硬度HRC66-69，磨粒磨损性能是高铬铸铁的10倍，结合强度＞160MPa。其中，辊体为高铬铸铁和/或合金钢铸造而成。
实施例2
金属陶瓷磨辊包括辊体和设置在辊体表面的耐磨层，耐磨层可以按照下述方式制备：按下述质量百分比例称取各种成分：碳化钛15.0％、碳化铌8％、碳化铬4％、碳化硼2.0％，钼0.5％、钒0.5％、硫和磷0.01％、铁1.5％，放入球磨机中混合研磨5小时(该混合粉末构成耐磨层的质量百分含量为31.51％)，混合均匀后以厚度为0.28mm的铁带包裹混合粉末，经成型机轧制、拉丝机组拉拔、磨削机磨削、抛光机组抛光处理工序制成直径为3.2mm的焊丝。
上述焊丝堆焊成耐磨层的方法：采用明弧堆焊方法将焊丝堆焊在已抛光处理的磨辊工作面上形成耐磨层，焊接电流180A，焊接电压25V，连续堆焊7mm厚度后，耐磨层表面硬度HRC65-68，磨粒磨损性能是高铬铸铁的11倍，结合强度＞160MPa。其中，辊体为高铬铸铁和/或合金钢铸造而成。
实施例3
金属陶瓷磨辊包括辊体和设置在辊体表面的耐磨层，耐磨层可以按照下述方式制备：按下述质量百分比例称取各种粉末：碳化钛10.0％、碳化铌10.0％、碳化铬5.0％、碳化硼1.5％，钼0.2％、钒0.3％、铁粉1.0％，放入球磨机中混合研磨5小时(由该混合粉末组成的在焊丝中的质量百分含量为28.0％)，混合均匀后以厚度为0.28mm的铁带包裹混合粉末，经成型机轧制、拉丝机组拉拔、磨削机磨削、抛光机组抛光处理工序制成直径为3.2mm的焊丝。
上述焊丝堆焊成耐磨层的方法：采用明弧堆焊方法将焊丝堆焊在已抛光处理的磨辊工作面上形成耐磨层，焊接电流180A，焊接电压25V，连续堆焊5mm厚度后，耐磨层表面硬度HRC68-70，磨粒磨损性能是高铬铸铁的12倍，结合强度＞160MPa。其中，辊体为高铬铸铁和/或合金钢铸造而成。
实施例4
金属陶瓷磨辊包括辊体和设置在辊体表面的耐磨层，耐磨层可以按照下述方式制备：按下述质量百分比例称取各种粉末：碳化钛10.0％、碳化铌10.0％、碳化铬5.0％、碳化硼1.5％，钼0.2％、钒0.3％、铁粉1.0％，1.0％二硼化钛和1.0％二硼化铌，放入球磨机中混合研磨5小时(由该混合粉末组成的在焊丝中的质量百分含量为30.0％)，混合均匀后以厚度为0.28mm的铁带包裹混合粉末，经成型机轧制、拉丝机组拉拔、磨削机磨削、抛光机组抛光处理工序制成直径为3.2mm的焊丝。
上述焊丝堆焊成耐磨层的方法：采用明弧堆焊方法将焊丝堆焊在已抛光处理的磨辊工作面上形成耐磨层，焊接电流180A，焊接电压25V，连续堆焊5mm厚度后，耐磨层表面硬度HRC70-72，磨粒磨损性能是高铬铸铁的14倍，结合强度＞170MPa。其中，辊体为高铬铸铁和/或合金钢铸造而成。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种金属陶瓷焊丝，由金属带包裹粉芯经拉拔、减径制成；其特征在于：所述粉芯包括占所述焊丝总质量百分比的下述混合粉末：10.0％-20.0％的碳化钛、5.0％-15.0％的碳化铌、3.0％-5.0％的碳化铬、1.0％-2.0％的碳化硼、0.1％-0.5％的钒、0.1％-0.5％的钼、0.01％-0.1％的硫和磷，余量为铁粉；所述混合粉末在焊丝中的质量百分含量为20％-40％。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷焊丝，其特征在于：所述粉芯由占所述焊丝总质量百分比的下述混合粉末组成：15.0％的碳化钛、8.0％的碳化铌、4.0％的碳化铬、2.0％的碳化硼、0.5％的钒、0.5％的钼、0.01％的硫和磷，1.5％的铁。
3.根据权利要求1所述的金属陶瓷焊丝，其特征在于：所述金属带为铁带。
4.根据权利要求1所述的金属陶瓷焊丝，其特征在于，所述金属带的厚度为0.2-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的金属陶瓷焊丝，其特征在于：所述焊丝的直径为2-4mm。
6.如权利要求1-5中任一项所述的金属陶瓷焊丝的制备方法，其特征在于：按所述比例称取各种粉末，放入球磨机中混合研磨4-6小时，混合均匀后用金属带包裹混合粉末，经成型机轧制、拉丝机组拉拔、磨削机磨削、抛光机组抛光处理工序制成焊丝。
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