CN107309572A - 一种高强度耐磨药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的外皮组成，药芯包括以下组分：Si、B、Cu、C、Mn、Ni、Al、Ti、Mo、V、Sn、Sr、Hf、Nd、Ce、Y、Eu，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明提出的一种高强度耐磨药芯焊丝，药芯组分合理，焊接后熔敷金属具有优异的韧性、强度和耐磨性，显著延长金属构件的使用寿命。

Description

一种高强度耐磨药芯焊丝
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种高强度耐磨药芯焊丝。
背景技术
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，药芯焊丝生产效率高，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，而现有的耐磨堆焊药芯焊丝还存在配方不合理，韧性、强度和耐磨性差，从而使堆焊合金达不到使用要求，致使金属构件寿命不高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强度耐磨药芯焊丝，药芯组分合理，焊接后熔敷金属具有优异的韧性、强度和耐磨性，显著延长金属构件的使用寿命。
本发明提出的的一种高强度耐磨药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.5-0.7％、B：0.6-1％、Cu：0.35-0.6％、C：2.5-4.2％、Mn：0.7-1％、Ni：0.1-0.3％、Al：1-2％、Ti：0.25-0.35％、Mo：1-2％、V：0.6-0.8％、Sn：0.1-0.3％、Sr：0.1-0.2％、Hf：0.05-0.12％、Nd：2-4％、Ce：4-7％、Y：2-5％、Eu：1-2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
具体实施例中，Si的质量分数还可以为0.52％、0.55％、0.58％、0.6％、0.62％、0.65％、0.68％，B的质量分数还可以为0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％，Cu的质量分数还可以为0.37％、0.4％、0.43％、0.45％、0.5％、0.53％、0.58％，C的质量分数还可以为2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％，Mn的质量分数还可以为0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％，Ni的质量分数还可以为0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.25％，Al的质量分数还可以为1.2％、1.4％、1.5％、1.7％、1.9％，Ti的质量分数还可以为0.28％、0.3％、0.32％、0.33％、0.34％，Mo的质量分数还可以为1.2％、1.4％、1.5％、1.7％、1.9％，V的质量分数还可以为0.64％、0.68％、0.7％、0.72％、0.75％，Sn的质量分数还可以为0.12％、0.15％、0.2％、0.24％、0.28％，Sr的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.15％、0.18％，Hf的质量分数还可以为0.07％、0.09％、0.1％、0.11％，Nd的质量分数还可以为2.2％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％，Ce的质量分数还可以为4.2％、4.5％、5％、5.2％、5.5％、6％、6.2％、6.5％，Y的质量分数还可以为2.2％、2.5％、3％、3.2％、3.5％、4％、4.2％、4.5％，Eu的质量分数还可以为1.2％、1.4％、1.5％、1.7％、1.9％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.5-0.7％、B：0.6-1％、Cu：0.35-0.6％、C：2.5-4.2％、Mn：0.7-1％、Ni：0.1-0.3％、Al：1-2％、Ti：0.25-0.35％、Mo：1-2％、V：0.6-0.8％、Sn：0.1-0.3％、Sr：0.1-0.2％、Hf：0.05-0.12％、Nd：2.5-3.5％、Ce：5-6％、Y：3-4％、Eu：1.2-1.8％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，外皮为低碳钢带外皮。
优选地，C、Ti、V的含量满足如下函数关系式：MC＝3×(MTi+0.8×MV)+R,其中，R＝0.54％～0.6％，MC、MTi、MV分别表示C、Ti、V在高强度耐磨药芯焊丝组分中的质量分数。
优选地，Nd、Ce、Y、Eu的含量满足如下函数关系式：12％≤MNd+MCe+MY+MEu≤15％，MNd、MCe、MY、MEu分别表示Nd、Ce、Y、Eu在高强度耐磨药芯焊丝组分中的质量分数。
优选地，药芯焊丝的填充率为28-35％。
优选地，药芯焊丝的直径为1-2mm。
优选地，焊接工艺参数为：焊接电压为31-36V，焊接电流为270-320A，送丝速度为520-560mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为28-35mm。
优选地，焊接工艺参数为：焊接电压为32-35V，焊接电流为290-310A，送丝速度为530-550mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为30-33mm。
本发明采用常规制备工艺制得。
本发明药芯中没有加入Cr元素，减少了Cr对环境造成的污染；通过控制C、Ti、V的含量，使其三者满足一定的函数关系，对熔敷金属起到良好的强化和韧化效果，同时生成的硬质相小颗粒TiC与VC，细化了组织晶粒，对组织起弥散强化作用，阻断熔敷金属的网状或枝状组织结构，提高位错密度，有效抑制了裂纹的线性传播，具有良好的抗开裂性，使应力在熔敷金属上分布更加均匀，提高了熔敷金属的韧性、抗冲击性和抗蠕变性能，从而延长金属构件的使用寿命；通过控制Nd、Ce、Y、Eu的含量，增大稀土元素在药芯中的含量，使其具有良好的脱氧去硫作用，且改善熔敷金属中夹杂物的形态和分布，在熔敷金属中与其他元素生成Fe-B-RE相、Fe-Al-RE相和Fe-Ni-RE相，其中RE为Nd、Ce、Y、Eu中的一种，起到弥散强化和细晶强化作用，进一步提高熔敷金属的位错密度，起到均匀组织的作用，改善各向异性性能，提高熔敷金属的综合力学性能及抗腐蚀性、耐磨性、抗蠕变性，且改善熔滴过渡过程，使熔敷金属组织致密、纯净，提高药芯焊丝的焊接性能，从而显著延长金属构件的使用寿命；通过控制Si、B、Mn和Al的含量，具有良好的脱氧、脱氮效果，起到良好的自保护作用，Si和B能生成强化相SiC和B4C，Mn和Al在熔敷金属中起到固溶强化的效果，改善熔敷金属的组织结构，使熔敷金属中组织分布更均匀，进一步改善各向异性性能，避免熔敷金属的晶间腐蚀，提高熔敷金属的抗疲劳强度、硬度、韧性、耐磨性和抗氧化性，同时有效抑制了Al的加入导致的石墨化倾向，改善了Mn的加入导致的开裂倾向，提高了熔敷金属的整体性能，提高了金属构件的使用寿命；通过合理设置药芯焊丝中各组分含量及焊接工艺，药芯焊丝具有送丝速度快，焊接性能高，熔滴过渡稳定，飞溅少，熔敷金属组织分布良好，与金属构件结合强度大，从而提高其综合性能，延长金属构件的使用寿命。本发明提出的一种高强度耐磨药芯焊丝，药芯组分合理，焊接后熔敷金属具有优异的韧性、强度和耐磨性，显著延长金属构件的使用寿命。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高强度耐磨药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.7％、B：0.6％、Cu：0.6％、C：2.5％、Mn：1％、Ni：0.1％、Al：2％、Ti：0.25％、Mo：2％、V：0.6％、Sn：0.3％、Sr：0.1％、Hf：0.12％、Nd：4％、Ce：4％、Y：5％、Eu：1％，其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例2
本发明提出的一种高强度耐磨药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.5％、B：1％、Cu：0.35％、C：4.2％、Mn：0.7％、Ni：0.3％、Al：1％、Ti：0.35％、Mo：1％、V：0.8％、Sn：0.1％、Sr：0.2％、Hf：0.05％、Nd：2％、Ce：7％、Y：2％、Eu：2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例3
本发明提出的一种高强度耐磨药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.62％、B：0.7％、Cu：0.46％、C：3.14％、Mn：0.85％、Ni：0.16％、Al：1.5％、Ti：0.3％、Mo：1.5％、V：0.7％、Sn：0.22％、Sr：0.15％、Hf：0.08％、Nd：3％、Ce：5.6％、Y：3.4％、Eu：1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，药芯焊丝的填充率为32％；
药芯焊丝的直径为1.5mm；
焊接工艺参数为：焊接电压为33V，焊接电流为300A，送丝速度为540mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为32mm。
实施例4
本发明提出的一种高强度耐磨药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.67％、B：0.72％、Cu：0.55％、C：3.32％、Mn：0.9％、Ni：0.15％、Al：1.6％、Ti：0.32％、Mo：1.8％、V：0.75％、Sn：0.23％、Sr：0.12％、Hf：0.1％、Nd：2.5％、Ce：6％、Y：3％、Eu：1.8％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，药芯焊丝的填充率为28％；
药芯焊丝的直径为1mm；
焊接电压为31V，焊接电流为270A，送丝速度为560mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为28mm。
实施例5
本发明提出的一种高强度耐磨药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.57％、B：0.86％、Cu：0.4％、C：3.53％、Mn：0.8％、Ni：0.25％、Al：1.2％、Ti：0.35％、Mo：1.2％、V：0.8％、Sn：0.15％、Sr：0.18％、Hf：0.07％、Nd：3.5％、Ce：5％、Y：4％、Eu：1.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，药芯焊丝的填充率为35％；
药芯焊丝的直径为2mm；
焊接电压为36V，焊接电流为320A，送丝速度为520mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为35mm。
对本发明实施例5中所述高强度耐磨药芯焊丝焊接后的熔敷金属进行性能测试，与现有技术相比结果如下：
现有技术 实施例5
屈服强度/MPa 530 620
抗拉强度/MPa 580 695
-20℃冲击吸收功/J 130 180
伸长率/％ 29.5 35.2
通过上述表格可以看出，本发明所述高强度耐磨药芯焊丝与现有技术相比，在屈服强度、抗拉强度、伸长率与低温冲击功发面都得到了提升，表现出的优异性能，更加适合生产使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.5-0.7％、B：0.6-1％、Cu：0.35-0.6％、C：2.5-4.2％、Mn：0.7-1％、Ni：0.1-0.3％、Al：1-2％、Ti：0.25-0.35％、Mo：1-2％、V：0.6-0.8％、Sn：0.1-0.3％、Sr：0.1-0.2％、Hf：0.05-0.12％、Nd：2-4％、Ce：4-7％、Y：2-5％、Eu：1-2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的外皮组成，药芯的组分按质量分数包括：Si：0.5-0.7％、B：0.6-1％、Cu：0.35-0.6％、C：2.5-4.2％、Mn：0.7-1％、Ni：0.1-0.3％、Al：1-2％、Ti：0.25-0.35％、Mo：1-2％、V：0.6-0.8％、Sn：0.1-0.3％、Sr：0.1-0.2％、Hf：0.05-0.12％、Nd：2.5-3.5％、Ce：5-6％、Y：3-4％、Eu：1.2-1.8％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1-2中任一项所述高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，外皮为低碳钢带外皮。
4.根据权利要求1-2中任一项所述高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，C、Ti、V的含量满足如下函数关系式：MC＝3×(MTi+0.8×MV)+R,其中，R＝0.54％～0.6％，MC、MTi、MV分别表示C、Ti、V在高强度耐磨药芯焊丝组分中的质量分数。
5.根据权利要求1-2中任一项所述高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，Nd、Ce、Y、Eu的含量满足如下函数关系式：12％≤MNd+MCe+MY+MEu≤15％，MNd、MCe、MY、MEu分别表示Nd、Ce、Y、Eu在高强度耐磨药芯焊丝组分中的质量分数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的填充率为28-35％。
7.根据权利要求1-5中任一项所述高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的直径为1-2mm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高强度耐磨药芯焊丝，其特征在于，焊接工艺参数为：焊接电压为31-36V，焊接电流为270-320A，送丝速度为520-560mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为28-35mm。
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