CN105537797B - 一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，它采用以低碳钢H08A冷轧薄钢带为外层包皮，该包皮内配以合金、石墨和其它金属粉末构成粉芯，其堆焊合金是于该药芯焊丝中加入不同熔化属性的高含量硼铁、高碳铬铁和钛铁的合金粉末，并通过明弧堆焊电流控制，形成合金组分未完全熔化和未混合均匀状态的高硼堆焊熔体，实现合金元素相组织选择性优化配置而形成，其粉芯主要组分为硼铁、高碳铬铁、钛铁、石墨、中碳锰铁、硅铁、还原铁粉的技术方案；它改变了现有高硼堆焊合金的显微组织特征，克服了其脆性大的缺陷；可广泛应用于要求耐磨粒磨损零部件的堆焊制造或者修复，如混凝土水泥输送管等；特别适用于耐低应力磨粒磨损要求的零部件的堆焊制造或者修复。

Description

一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种用于耐低应力磨粒磨损要求零部件的堆焊制造或者修复用高碳型高硼耐磨药芯焊丝；特别涉及一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝。

背景技术

堆焊合金耐磨性取决于合金所含碳化物尺寸、形态、分布、数量甚至位向等因素，而韧性则与其基体数量、形态以及硬质相的形态等因素相关。大尺寸初生碳化物颗粒可有效抵抗磨粒磨损，原位析出的第二相等硬质相颗粒因其尺寸过小，易随磨损切屑流失而丧失耐磨质点作用。因而，制备高体积分数耐磨主相的堆焊合金可有效提高其耐磨粒磨损性能。

药芯焊丝明弧自保护焊以其高效、经济和环保等特点成为一种先进机械零件耐磨层制造和再制造技术，特别在耐磨堆焊件制造获得了较多应用。它与药皮焊条电弧焊的气渣联合保护机制、埋弧焊工艺的渣保护机制或者二氧化碳、氩气等气保护焊方式相比，明弧自保护焊方法具有：(1)焊后焊缝表面基本无渣，可节约大量清渣时间、人力和物资；(2)采用桶装形式供货使用的堆焊药芯焊丝，可连续离线甚至在线堆焊作业，节约更换焊条时间，易于实现自动化和半自动化操作，整体降低企业能耗，提高生产效率；(3)无需购买焊剂或惰性气体，减少资金投入，提高经济效益。但是，该型药芯焊丝研制技术与成本要求高，其中，要获得经济性和耐磨性兼具的明弧自保护药芯焊丝更是要求较高。

作为一种新型耐磨材料，高硼合金因其含有一定数量的热稳定性好、显微硬度高的硬质相颗粒，如：Fe₂B/硼化二铁(1400～1500HV)，表现出较好的耐磨粒磨损性能。与高铬铸铁合金相比，高硼合金可减少钨、钼、铌和铬等组分资源消耗，显著降低耐磨合金材料成本，具备经济适用的优点。高硼合金含硼量大多位于1.5％以下或者在4％以上，显微组织属于亚共晶或者过共结构。亚共晶高硼合金凝固相变过程为：L→L+初生γ-Fe→共晶(γ-Fe+Fe₂B)+初生γ-Fe→变态共晶(α-Fe+Fe₂B)+初生Fe-Cr固溶体(或称富铬的铁素体F)，其组织的典型形态是硼原子优先扩散到胞状或者树枝状初生Fe-Cr/铁-铬固溶体晶界处而形成网状或树枝状硼化物结构，该结构致使硼合金脆性大，极易产生裂纹，胞状初生Fe-Cr/铁-铬固溶体软，使磨粒易于锲入，因而其耐磨粒磨损性能一般，这限制了其应用范围。过共晶高硼合金由四边形初生Fe₂B/硼化二铁颗粒和及随后在其周围形成的共晶组织构成其组织结构，其凝固相变过程为：L→L+初生Fe₂B→共晶(γ-Fe+Fe₂B)+初生Fe₂B→变态共晶(α-Fe+Fe₂B)+初生Fe₂B，其初生和共晶Fe₂B/硼化二铁相分别呈板条状或针状，且性脆。随着碳组分加入，硼合金的共晶改变为(α-Fe+Fe₃C+Fe₂B)和(α-Fe+Fe₃(C,B))等变态共晶，并可出现Fe₈B/硼化八铁和Fe₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三铁等过渡相，显著特点有：碳含量越高，硼合金越脆。脆性过大的主要原因该类变态共晶保留了共晶组织的形态和刚性大等缺点。该变态共晶冲击韧性低，易开裂，显著增加高硼合金脆性，对耐磨粒磨损性能整体呈负面作用，这降低了其服役使用寿命。基于此，目前高硼合金研究和应用对象以低碳为主，对中高碳型涉及极少，主要因其过脆，获得具有实用价值的高碳型高硼合金则需克服其脆性过大的缺点。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种既有较高韧性和经济性，又具有耐磨性能优异的控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝。

为实现上述目的，一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝,以低碳钢H08A冷轧薄钢带为外层包皮，该包皮内配以合金、石墨和其它金属粉末构成粉芯，其堆焊合金是于该药芯焊丝中加入不同熔化属性的高含量硼铁、高碳铬铁和钛铁的合金粉末，并通过明弧堆焊电流控制，形成合金组分未完全熔化和未混合均匀状态的高硼堆焊熔体，且选择与碳亲和力不同的多元合金化元素进行梯度配置，使之在共晶转变之上温度范围内梯度析出不同碳含量的碳化物和碳硼化物，实现合金元素相组织选择性优化配置而形成，所述粉芯各组分的重量百分含量范围为：

为了进一步优化技术效果，粉芯各组分的较优重量百分含量为：

为了进一步优化技术效果，粉芯各组分的较优重量百分含量为：

为了进一步优化技术效果，粉芯各组分的较优重量百分含量为：

为了进一步优化技术效果，粉芯各组分的组成粉末全部过60目筛。

为了进一步优化技术效果，60目鳞片石墨和300目超细化石墨的加入方式为：组合加入。

为了进一步优化技术效果，堆焊电流控制值为：300～350A。

为了进一步优化技术效果，堆焊药芯焊丝拉拔成型时选择的拉拔润滑剂为：300目超细石墨。

为了进一步优化技术效果，粉芯各组分的高碳铬铁含铬量为68～72％、含碳量为8％，钛铁含钛量为25～35％，硼铁含硼量18％，中碳锰铁含锰量78～85％、含碳量1.5％，鳞片石墨和超细化石墨含碳量不低于98％，硅铁含硅量40～47％，还原铁粉含铁量不低于98％。

本发明一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，它主要采用在堆焊药芯焊丝中加入高含量的硼铁和高碳铬铁、钛铁等合金粉末，利用熔体先期析出TiC/碳化钛相而固定了一部分碳原子，M₂B/硼化二金属元素、M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素等(该分子式所含M代表铁，铬等金属元素，下同)相的相继形成使得熔体所含硼、碳原子数量大幅度下降，显著降低了沿晶脆性共晶(α-Fe+M₃(C,B)数量，甚至完全抑制其形成，沿晶间隔断续分布的M₃(C,B)/碳硼化三金属元素、铁素体F和马氏体M的混合组织结构增强了合金韧性。该高硼合金的凝固相变过程为：L→L+TiC→L+TiC+M₂B(少量)→γ-Fe+TiC+(M₂B(少量)+M₂₃(C,B)₆(大量))→M₃(C,B)+M+F+(M₂B+M₂₃(C,B)₆)，这显示该合金耐磨相呈梯次结晶凝固方式进行，如下所示：

(1)先期原位析出TiC/碳化钛相而固定一部分碳，TiC/碳化钛熔点3140℃；

(2)接着，以硼铁组分熔化形成的高硼原子团簇则聚集形成显微硬度高达1448.7～1739.8HV_0.1的M₂B/硼化二金属元素相析出。根据铁-硼二元相图可知，Fe₂B/硼化二铁的形成温度位于1149～1389℃之间，该相中铁被铬,锰元素置换取代后会提高其析出温度。M₂B/硼化二金属元素相析出，相当于锁住了一部分聚集硼原子团簇；

(3)随后，熔体大部分形成显微硬度965.4～1049.3HV_0.1的胞状M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素相，由铁-碳-铬相图可知，M₂₃C₆/六碳化二十三金属元素的形成温度1180～1300℃，高于铁-碳-硼三元相图所示L→γ-Fe+M₂B+Fe₃C三相1097℃共晶转变温度和L→γ-Fe+Fe₃(C，B)两相1129℃共晶转变温度；

(4)M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素相大面积形成，使得堆焊熔体所含大部分硼、碳原子被固定在该相之内，这导致胞状M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素相晶界区域的硼、碳原子含量显著下降，可形成的碳硼化物数量急剧减少，只能断续分布，其间奥氏体γ-Fe因其碳含量不同而分别转变为间隔分布的铁素体F和马氏体M，这就形成了沿晶间隔断续分布的M₃(C,B)/碳硼化三金属元素、铁素体F和马氏体M的混合组织结构；

(5)还有，数量较少的M₂B/硼化二金属元素相被复杂面心立方结构的M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素包围形成双相复合耐磨相；因M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素固溶了一部分钛原子形成(Fe,Cr,Mn,Ti)₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三铁、铬、锰、钛，这使其对熔体碳原子的团聚增强，并使该相晶粒细化，晶格常数减小，有利于提高该相的显微硬度，显著减少甚至抑制其周围变态共晶(α-Fe+M₃(C,B))的形成；上述两方面均有利于改善堆焊合金韧性和耐磨性；

(6)还有，鉴于药芯焊丝药芯颗粒组分和金属外表部分熔化的不同步性和不均匀性，为了改善药芯焊丝预热、药芯焊丝熔化、熔滴形成、熔滴过渡、熔池形成和凝固结晶等阶段的自保护性能，拟采用梯度层次的自脱氧机制，即采用活度不同的碳原子分阶段逐次进行自脱氧，减少合金氧化形成熔渣量和飞溅量。设计方案采用300目超细化石墨和60目鳞片石墨的组合方式加入碳组分，以增强药芯焊丝在明弧堆焊不同温度下的氧化形成自生保护气体量；同时，在药芯焊丝拉拔减径采用300目超细化石墨作为拉拔润滑剂，以使药芯焊丝表面粘附上适量石墨，形成石墨膜层，在焊丝预热时期起到先期脱氧作用，避免H08A外皮先期熔化而形成Fe₄N/氮化四铁、Fe₂N/氮化二铁等氮化物而增加合金脆性。

本发明一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝的技术方案改变了现有高硼堆焊合金的显微组织特征，克服了其脆性大的缺陷，研究显示，该高硼明弧堆焊合金宏观硬度高达64～66HRC以上，无预热堆焊两层未产生任何裂纹，兼具较高韧性、良好的经济性和优良耐磨性。钛作为一种强碳化物和硼化物形成元素，可团聚较高数量的碳、硼原子于该原子四周形成液态原子团簇，快速达到初生碳、硼化物晶核形核成分临界要求而细化该组织，同时减少后续碳、硼原子形成脆性共晶的几率，实现合金控碳增韧。

本发明一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝是在大量工艺研究的基础上，控制堆焊合金组织形成，最终形成先析出TiC/碳化钛碳化物，接着析出少量M₂B/硼化二金属元素硼化物，继而析出体积分数高达70％以上呈胞状的主耐磨相M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素，最后形成沿晶间隔断续分布的M₃(C,B)/碳硼化三金属元素、铁素体F和马氏体M的混合组织结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(ⅰ)合金设计原理明显不同：通过调整药芯焊丝组分及配置，配合合适的堆焊工艺，结合药芯焊丝熔体凝固结晶特点，可实现耐磨堆焊合金元素的相组织选择性优化配置，使碳、硼原子尽量分布于耐磨初生相而显著减少其形成脆性共晶的几率，从而实现堆焊合金控碳增韧；控碳不仅降低了合金总的碳含量，而且使碳原子主要分布于主耐磨相而非脆性共晶。

(ⅱ)合金设计方案明显不同：仅采用硼铁、高碳铬铁、锰铁、硅铁、钛铁和适量石墨等常规组分，无贵重组分，即采用多元合金化体系，通过优化堆焊工艺，控制堆焊合金相组织成形，使耐磨相呈梯次结晶凝固方式，从而在共晶转变温度之上，使熔体所含大部分碳、硼原子集中分布于M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素等主耐磨相，抑制了共晶转变，实现合金化元素在相组织选择性分布；该设计方案集合了韧性和耐磨性等堆焊合金关键指标，克服了二者的对立矛盾。

(ⅲ)显微组织明显不同，本发明高硼耐磨堆焊药芯焊丝堆焊的显微组织为：先期析出的TiC/碳化钛质点+大量的胞状M₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三金属元素型碳硼化物(其中内含量少量先之析出的M₂B/硼化二金属元素相)+沿晶界断续分布的条状M₃(C,B)/碳硼化三金属元素、铁素体F和马氏体M的混合组织，如附图1和附图2所示，而非通常的胞状或者树枝状Fe-Cr固溶体+(α-Fe+Fe₃C+Fe₂B)或(α-Fe+Fe₃(C,B))沿晶网状、鱼骨状的变态共晶组织，如附图3和附图4所示，或者以块状或者板条状Fe₂B/硼化二铁、FeB/硼化铁为主耐磨相+(α-Fe+Fe₃C+Fe₂B)或(α-Fe+Fe₃(C,B))等变态共晶的过共晶组织结构，如附图5和附图6所示；设计方案采用常规合金元素有选择性优化组配方案，通过控制各耐磨相梯度凝固结晶，形成了过共晶组织结构，获得了体积分数高达70％的主耐磨相，因而耐磨粒磨损性能良好，优于通常亚共晶和过共晶高硼堆焊合金，如附图7、附图8和附图9所示；其碳、硼含量均低于通常过共晶高铬合金所需4～5％的碳含量和过共晶高硼合金至少3.8％的硼含量。

(ⅳ)药芯焊丝耐磨堆焊合金宏观硬度高，达到64～66HRC，具有良好的耐磨粒磨损性能。工件不预热，药芯焊丝明弧堆焊两层不产生裂纹，具有良好的抗裂性。堆焊电流仅300～350A，能耗小，操作简便，劳动条件好，较低电流施焊，飞溅小。

(ⅴ)自保护堆焊性能优良，高硼耐磨堆焊药芯焊丝焊后焊缝表面光洁无渣，焊缝成型美观，焊道平整，余高小，可实现零件耐磨层离线和在线连续堆焊修复和制造。

本发明广泛应用于要求耐磨粒磨损零部件的堆焊制造或者修复，如混凝土水泥输送管等；特别适用于耐低应力磨粒磨损要求的零部件的堆焊制造或者修复。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为控碳增韧型高硼堆焊合金的组织形态图。

图2为图1所示控碳增韧型高硼堆焊合金的相组成图。

图3为含碳亚共晶高硼堆焊合金的组织形态图。

图4为图3所示含碳亚共晶高硼堆焊合金的相组成图。

图5为含碳过共晶高硼堆焊合金的组织形态图。

图6为图5所示含碳过共晶高硼堆焊合金的相组成图。

图7为图1所示控碳增韧型高硼堆焊合金的磨损形貌图。

图8为图3所示含碳亚共晶高硼堆焊合金的磨损形貌图。

图9为图5所示含碳过共晶高硼堆焊合金的磨损形貌图。

具体实施方式

本发明一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝是这样实现的：本发明药芯焊丝采用先将钢带轧制成“U型”槽再闭合而成的“O”型搭接结构，直径Φ2.8～4.0mm，由药芯和外表部分两部分构成，其中药芯由多种类型粉末材料组成，如铁合金、石墨以及纯金属粉等，且不加入矿石粉，以减少焊缝表面残渣；外表部分则由H08A、不锈钢等塑性金属带组成，选用H08A薄钢带。堆焊时，因药芯焊丝外表部分和粉末药芯导电性存在明显差异，故电流集中于金属外表部分而使之优先熔化，粉末药芯稍后熔化。由于各种组分熔化温度不同，而明弧堆焊熔池在数秒内即已凝固，这使熔池内合金组分在未完全熔化和未混合均匀的条件下凝固结晶，微区相保留了药芯焊丝组分的成分特征，这为耐磨堆焊合金的显微组织及其合金成分选择性优化配置提供了最佳环境和有利条件。

高硼合金以铸造成型工艺和表面渗硼工艺为主，较少以表面堆焊方法制备。泥浆泵叶轮、粉尘排除叶片等零件表面耐磨层采用堆焊制造或者修复极为合适。况且，高硼合金具有自熔性，即自脱氧性，熔体流动性好，堆焊焊缝成型美观。在不降低熔敷效率的条件下，较低焊接电流值进行自保护明弧堆焊作业，飞溅小，残渣量少，利于连续堆焊作业而实现高生产效率。自保护药芯焊丝明弧堆焊时需自生数量足够的保护气体，如：一氧化碳和二氧化碳，以免氧化形成熔渣，这由其主要含碳组分氧化产生，如：石墨等。值得特别说明的是，碳组分既是高硼药芯焊丝良好工艺性能的必需组分，但又容易造成合金脆性过大。碳组分氧化形成自生保护气体，但同时又会使合金碳含量过高，影响合金韧性的提高。因此，如何获得兼具较高韧性和优良耐磨性的高硼合金成为自保护明弧堆焊药芯焊丝研制过程中必需解决的一个难题。鉴于此，本发明通过对工艺和成分进行区别调控的研制，使碳、硼原子主要分布于堆焊合金的主耐磨相，以减小或抑制碳与硼共同作用而形成脆性共晶，从而有效阻止了碳对合金韧性的有害作用，经双重作用的研制与改进，获得了合金韧性和耐磨性都具有的最佳效果。

该设计方案的关键内容为：采用M₂₃X₆/六非金属元素化二十三金属元素形式(M代表金属元素，X代表非金属元素)的碳硼化物将熔体所含硼、碳原子在合金共晶转变温度之上固定下来，以减少其形成脆性变态共晶的几率。M₂₃X₆/六非金属元素化二十三金属元素形式硬质相的碳化物和硼化物有：Fe₂₃B₆/六硼化二十三铁、Fe₂₃(C,B)₆/六碳硼化二十三铁、(Cr,Fe)₂₃C₆/六碳化二十三铬铁和Cr₂₃C₆/六碳化二十三铬，该系列M₂₃X₆/六非金属元素化二十三金属元素形式型晶体结构相同，其点阵参数随其中碳、硼原子比例以及该相固溶合金元素含量波动。

Fe-C-Cr三元相图显示，初生M₂₃C_6/六碳化二十三金属元素形成需要堆焊合金具有40％以上的铬含量。现有药芯焊丝包粉量多在50％左右，若铬的过渡系数为0.85，在不考量母材对堆焊合金成分稀释的条件下，至少需要加入94％的金属铬粉才能获得40％Cr的合金，剩下的6％不足以保证合金形成初生M₂₃C_6/六碳化二十三金属元素所需的碳组分加入量，其它方面如自保护工艺更无法保证。此外，加入金属铬粉使药芯焊丝材料成本过高，失去了应用价值。

铁-硼二元相图显示，硼在铁素体的溶解度小于0.0004％(质量分数，下同)，而在奥氏体的最高溶解度也只有0.02％，分别较碳在铁素体的溶解度小于0.0218％，在奥氏体的最高溶解度2.11％明显低出很多。相比之下，硼比碳原子具有更多机会参与M₂₃(C，B)₆/六碳硼化二十三金属元素的构建，从而促使初生M₂₃(C，B)₆/六碳硼化二十三金属元素形成。若高硼堆焊合金以M₂₃(C，B)₆/六碳硼化二十三金属元素为主耐磨相，这将使合金所含大部分碳、硼原子分布于该相，从而降低脆性变态共晶形成，最终获得较高韧性和优良耐磨性的高硼合金。

至此，该高硼堆焊合金设计原理概括为：通过调整药芯焊丝组分及配置，改进堆焊工艺，重点控制堆焊合金组织形成过程，实现合金元素在相组织中有选择优化配置，即在共晶转变前将碳、硼原子尽量分布于初生耐磨等相而减少其形成脆性共晶的几率，实现高硼合金的控碳增韧。

实施例1

制作时按粉芯的组成配比要求称取硼铁、高碳铬铁、石墨和其它合金粉末，所有粉末全部过60目筛。耐磨堆焊药芯焊丝在天津三英焊业有限公司制造的YHZ-1药芯焊丝成型机制备成型。耐磨堆焊药芯焊丝外层包皮为H08A冷轧钢带(宽度16mm×厚度0.36mm，以下同)，包皮内配以石墨、金属和合金粉末构成粉芯，该粉芯的组成(重量百分比)为：硼铁40％、高碳铬铁40％、钛铁6％、鳞片石墨2.0％、超细化石墨1.0％、中碳锰铁3％、硅铁4％、还原铁粉4％，所述粉芯填充率为50％。粉芯的各组分搅拌均匀后轧制为Φ4.4药芯焊丝，以每次减径0.2mm，再依次拉拔减径为Φ3.2焊丝。

在120mm×80mm×16mm的试板(Q235A钢)药芯焊丝用焊机MZ-1000自保护明弧堆焊两层，工艺参数如表1所示，焊后焊缝表面光洁，无裂纹和气孔等缺陷。将堆焊试样用线切割技术加工制备为57mm×25.5mm×6mm耐磨性试样，并用HR-150洛氏硬度计测试其表面硬度。

表1/耐磨药芯焊丝自保护明弧堆焊工艺参数

耐磨性试验采用MLS-225B型湿砂橡胶轮式磨损试验机，试验条件如下：橡胶轮直径178mm、硬度为60邵尔，所加砝码重2.5千克，橡胶轮转速240转/分钟，砂浆比例为1500克石英砂(40～60目)配1000克自来水。试样先预磨1000转，冲洗干净，吹干，称初重M₀，然后正式试验1000转后清洗吹干，称重M₁，试样磨损绝对失重量ΔM＝M₀-M₁。以对比例1堆焊试样为标准试样1#，相对磨损系数ε＝标准试样绝对失重量/试样绝对失重量，试验结果见表2。

实施例2

制作时按粉芯的组成配比要求称取硼铁、石墨、高碳铬铁和合金粉末，所有粉末全部过60目筛。耐磨堆焊药芯焊丝在天津三英焊业有限公司制造的YHZ-1药芯焊丝成型机制备成型。耐磨堆焊药芯焊丝外层包皮为H08A冷轧钢带(16mm×0.36mm)，包皮内配以石墨、金属和合金粉末构成粉芯，该粉芯的组成(重量百分比)为：硼铁50％、高碳铬铁30％、钛铁7.5％、鳞片石墨3％、超细化石墨0.5％、中碳锰铁5％、硅铁3％，还原铁粉1％，所述粉芯填充率为49％。粉芯的各组分搅拌均匀后轧制为Φ4.4药芯焊丝，以每次减径0.2mm，再依次拉拔减径为Φ3.2焊丝。

其余内容同实施例1。

实施例3

制作时按粉芯的组成配比要求称取称取硼铁、石墨、高碳铬铁和合金粉末，所有粉末全部过60目筛。药芯焊丝在天津三英焊业有限公司制造的YHZ-1药芯焊丝成型机制备成型。药芯焊丝外层包皮为H08A冷轧钢带(16mm×0.36mm)，包皮内配以石墨、金属和合金粉末构成粉芯，该粉芯的组成(重量百分比)为：硼铁45％、高碳铬铁35％、钛铁9％、鳞片石墨2.5％、超细化石墨0.5％、中碳锰铁4％、硅铁3％、还原铁粉1％，所述粉芯填充率为51％。粉芯的各组分搅拌均匀后轧制为Φ4.4药芯焊丝，以每次减径0.2mm，再依次拉拔减径为Φ3.2焊丝。

其余内容同实施例1。

对比例1

采用市售的高铬铸铁药芯焊丝(Φ3.2)在120mm×80mm×16mm的试板(Q235A钢)上，用焊机MZ-1000自保护明弧堆焊两层，电流400～500A，其它工艺参数如表1所示。单层堆焊后表面残留有少量熔渣，并出现5～10mm间隔的横向裂纹，双层堆焊后焊缝表面还出现少量纵向裂纹。

其余内容同实施例1。

表2/实施例1-3与对比例1堆焊合金的耐磨粒磨损性能对照表

从表2可以看出，本发明控碳增韧型高硼合金耐磨药芯焊丝的相对磨损系数ε是市售高铬药芯焊丝的2.86～3.99倍，明弧堆焊两层没有开裂，兼具优良的耐磨粒磨损性能和较高韧性。

Claims (7)

1.一种控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，其特征在于以低碳钢H08A冷轧薄钢带为外层包皮，该包皮内配以合金、石墨和其它金属粉末构成粉芯，其堆焊合金是于该药芯焊丝中加入不同熔化属性的高含量硼铁、高碳铬铁和钛铁的合金粉末，并通过明弧堆焊电流控制，形成合金组分未完全熔化和未混合均匀状态的高硼堆焊熔体，且选择与碳亲和力不同的多元合金化元素进行梯度配置，使之在共晶转变温度之上的温度范围内梯度析出不同碳含量的碳化物和碳硼化物，实现合金元素相组织选择性优化配置，所述粉芯各组分的重量百分含量范围为：

硼铁 40～50%

高碳铬铁 30～40%

钛铁 6～12%

60目鳞片石墨 2.0～3.0%

300目超细化石墨 0.5～1.0%

中碳锰铁 3～5%

硅铁 2～4%

还原铁粉 余量

所述粉芯填充率为 48～52%；

还在于，粉芯各组分的组成粉末全部过60目筛；粉芯各组分的高碳铬铁含铬量为68～72%、含碳量为8%，钛铁含钛量为25～35%，硼铁含硼量18%，中碳锰铁含锰量78～85%、含碳量1.5%，鳞片石墨和超细化石墨含碳量不低于98%，硅铁含硅量40～47%，还原铁粉含铁量不低于98%。

2.根据权利要求1所述的控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，其特征在于粉芯各组分的重量百分含量为：

硼铁 40%

高碳铬铁 40%

钛铁 6%

60目鳞片石墨 2.0%

300目超细化石墨 1.0%

中碳锰铁 3%

硅铁 4%

还原铁粉 余量

所述粉芯填充率为 50%。

3.根据权利要求1所述的控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，其特征在于粉芯各组分的重量百分含量为：

硼铁 50%

高碳铬铁 30%

钛铁 7.5%

60目鳞片石墨 3%

300目超细化石墨 0.5%

中碳锰铁 5%

硅铁 3%

还原铁粉 余量

所述粉芯填充率为 49%。

4.根据权利要求1所述的控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，其特征在于粉芯各组分的重量百分含量为：

硼铁 45%

高碳铬铁 35%

钛铁 9%

60目鳞片石墨 2.5%

300目超细化石墨 0.5%

中碳锰铁 4%

硅铁 3%

还原铁粉 余量

所述粉芯填充率为 51%。

5.根据权利要求1所述的控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，其特征在于60目鳞片石墨和300目超细化石墨的加入方式为：组合加入。

6.根据权利要求1所述的控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，其特征在于堆焊电流控制值为：300～350A。

7.根据权利要求1所述的控碳增韧型自保护明弧高硼堆焊药芯焊丝，其特征在于堆焊药芯焊丝拉拔成型时选择的拉拔润滑剂为：300目超细石墨。