CN109249149B - 一种硬质合金耐磨堆焊焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质合金耐磨堆焊焊条及其制备方法，由硬质合金颗粒与胎体合金复合制成，所述胎体合金按质量百分比计包括：铜55％～75％、镍16％～45％，锰1％～12％、X元素0.5～3％，所述X元素选自钛、铬中的至少一种。所述硬质合金颗粒和胎体合金按质量配比为1:0.6～2.4，所述硬质合金颗粒粒度：0.5～12mm，其制备方法为通过将熔炼合格的胎体金属溶液采用浇注模具浇注成型工艺获得耐磨合金堆焊焊条，制得焊条具有胎体金属强度高，熔点低的特点，同时X元素的加入降低了胚体合金对硬质合金颗粒的接触角，改善了其界面相容性，硬质合金颗粒不易剥落。

Description

一种硬质合金耐磨堆焊焊条及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种硬质合金耐磨堆焊焊条及其制备方法。

背景技术

硬质合金复合耐磨堆焊焊条具有优异的高温耐磨性和一定的抗冲击能力，在冶金、矿山、机械石油等工业部门得到了广泛的应用。国外对这类耐磨堆焊焊条作过一些研究，其研制的堆焊焊条胎体金属抗拉强度大于850MPa，硬度大于HB200，具有较高的耐磨性能和实用价值，但价格较贵，而国内在硬质合金耐磨堆焊方面的研究起步较晚，生产的产品存在以下一些问题：1.胎体金属熔点高，在堆焊过程中则要求较高的加热温度，使硬质合金烧损严重；2.胎体金属强度低，磨损时堆焊层易产生裂纹；3.胎体金属对硬质合金颗粒的润湿性差，硬质合金颗粒与基体金属结合强度低，硬质合金易剥落，以上诸多因素不同程度地影响了其在生产中的应用，因而开发一种强度高、流动性、与硬质合金颗粒润湿良好的胎体金属至关重要，可以有效提升焊件的使用寿命。

目前国内的YD系列硬质合金耐磨焊条机械性能较过去有较大提升，其抗拉强度已达650MPa，硬度大于HB150，但胎体金属与硬质合金结合性能差的问题始终没有解决。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种胎体抗拉强度大、熔点较低且与硬质合金颗粒结合良好硬质合金耐磨堆焊焊条及其制备方法。

本发明一种硬质合金耐磨堆焊焊条，由硬质合金颗粒与胎体合金复合制成，所述胎体合金按质量百分比计包括：铜55％～75％、镍16％～45％，锰1％～12％、X元素0.5～3％，所述X元素选自钛、铬中的至少一种。

本发明所提供的硬质合金耐磨堆焊焊条，其胎体合金选择铜镍锰合金材料，通过组份优化可得到抗拉强度大、熔点低的胎体合金基体。同时为了改善硬质合金颗粒与胎体金属润湿性差，界面结合强度低的问题，通过在胎体合金中添加活性元素X，发明人发现，活性元素X(钛、铬)与硬质合金颗粒润湿良好，结合紧密，会在基体金属和硬质合金之间会形成一个过渡层，可以降低胚体合金对硬质合金颗粒的接触角，改善了其界面相容性。

在本发明中，所加入的活性元素X用于降低接触角，其所加入的配比对最终的材料性能具有一定的影响，如果加入量过小则其与硬质合金之间所形成的过渡层较薄，或者所形成的过渡层无法将硬质颗粒外面的完全包裹，对润湿性的改善有限，而如果所加入的活性元素过多则会降低焊接接头的强度。

优选的方案，所述胎体合金按质量百分比计包括：铜60％～71％、镍18％～29％，锰4％～11％、X元素1～2％。

作为进一步的优选，所述胎体合金按质量百分比计包括：铜64％～71％、镍24％～29％，锰4％～5％、X元素1～2％。

在现有技术中，黄铜焊条里面含有较高的锌，锌作为一种强化元素，一方面可以增加材料的强度，另一方面可以降低熔点，改善流动性，但是锌熔点低，易挥发，将导致焊接接头力学性能和耐蚀性能的显著下降，且蒸发的锌在空气中立即被氧化成氧化锌，形成白色的烟雾，给操作带来很大困难，而且影响焊工身体健康,发明人在研究中发现通过适当提高锰元素的量，可以替代锌作用，脱氧同时与铜反应提高其强度、耐蚀性，并且熔点保持在低的位置水平，此外本发明的高镍成份可以有效的保证焊条的力学性能。

优选的方案，硬质合金选自碳化钨-钴硬质合金。

在本发明中，所用碳化钨-钴硬质合金选自国内牌号YG系列。

优选的方案，所述硬质合金颗粒与胎体合金的质量比为1:0.6～2.4。

作为进一步的优选，所述硬质合金颗粒与胎体合金的质量比为1:1.1～1.3。

优选的方案，所述硬质合金颗粒的粒度为0.5～12mm。

作为进一步的优选，所述硬质合金颗粒的粒度为2～5mm。

在本发明中，所得的硬质合金耐磨堆焊焊条的抗拉强度695～750MPa，硬度156～180HB，熔点845～893℃，胎体合金基体对硬质合金颗粒的接触角1～10°。

优选的方案中，所述硬质合金耐磨堆焊焊条的抗拉强度715～750MPa，硬度160～180HB，熔点845～880℃，胎体合金基体对硬质合金颗粒的接触角1～8°。

本发明一种硬质合金耐磨堆焊焊条的制备方法：

按设计比例配取各原料，先将硬质合金颗粒铺设于浇注模具中，然后将经熔炼好的胎体合金溶液倒入浇注模具中，成型、脱模即获得硬质合金耐磨堆焊焊条。

优选的方案，所述熔炼的过程为：按设计比例配取铜粉、镍粉、锰粉、钛粉、铬粉，混合，然后至于感应熔炼炉中进行熔炼。

在本发明中，对于胎体合金的熔炼采用铸造铜合金的熔炼工艺即可。将胎体合金各原料混合后，即可直接采用感应熔炼炉进行熔炼，工艺简单可控高效，通过观察胎体合金熔化后直接将胎体合金溶液浇注于模具中，不会出现胎体合金与硬质合金颗粒过烧的现象。

在本发明中，只需要将硬质合金颗粒均匀的铺设在浇注模具中，即可保证浇注成型后耐磨堆焊焊条中硬质合金的均匀性。

优选的方案，脱模后，将所得堆焊焊条坯进行精整打磨即获得硬质合金复合耐磨堆焊焊条。

本发明的有益效果是：

本发明首创的仅采用铜、镍、锰作用基础的胎体合金，通过优化铜、镍、锰的成份比例，使得胎体合金具有力学性能好、熔点低的特点，另外本发明在胎体合金中加入了活性元素X：钛和/或铬，发现通过加入适当的活性元素X，可以很好的改善硬质合金颗粒与胎体合金的界面相容性，增加润湿性，使得硬质合金颗粒与胎体金属结合紧密，不易产生裂纹及剥落，增加了焊件的使用寿命。

本发明的硬质合金堆焊焊条中，由于没有加入锌元素，避免了焊接过程中锌元素的大量蒸发造成的焊接接头强度降低的问题，同时安全环保。

另外本发明的制备方法极其简单可控高效，采用现有技术的常规工艺即可，且无需对工艺参数进行苛刻的限制，即可以获得成品率高、性能优良的硬质合金堆焊焊条，适合大规模的工业化生产。

具体实施方式

实施例1

胎体金属的选用：按质量组分计为铜64％、镍29％、锰5％、钛元素2％。

硬质合金颗粒与胎体金属按质量份配比为1:1.1

硬质合金颗粒粒度：YG8

硬质合金颗粒粒度：2mm

生产方法是通过将熔炼合格的胎体金属溶液采用浇注模具浇注成型工艺获得。

选用感应熔炼炉进行熔炼

浇注模具为石墨浇注模具

浇注前，事先把硬质合金颗粒均匀铺在浇注模具中

浇注成型后，对焊条进行精整打磨处理

所制得的硬质合金复合耐磨堆焊焊条，胎体金属抗拉强度750MPa，硬度180HB，熔点845℃，胚体基体对硬质合金颗粒的接触角3°

实施例2

胎体金属的选用：按质量组分计为铜64％、镍29％、锰5％、钛元素1％，铬元素1％。

硬质合金颗粒与胎体金属按质量份配比为1:1.3

硬质合金颗粒粒度：YG8

硬质合金颗粒粒度：2mm

生产方法是通过将熔炼合格的胎体金属溶液采用浇注模具浇注成型工艺获得

选用感应熔炼炉进行熔炼

浇注模具为石墨浇注模具

浇注前，事先把硬质合金颗粒均匀铺在浇注模具中

浇注成型后，对焊条进行精整打磨处理

所制得的硬质合金复合耐磨堆焊焊条，胎体金属抗拉强度715MPa，硬度161HB，熔点876℃，胚体基体对硬质合金颗粒的接触角1°

实施例3

胎体金属的选用：按质量组分计为铜71％、镍24％、锰4％、铬元素1％。

硬质合金颗粒与胎体金属按质量份配比为1:1.3

硬质合金颗粒粒度：YG11c

硬质合金颗粒粒度：5mm

生产方法是通过将熔炼合格的胎体金属溶液采用浇注模具浇注成型工艺获得

选用感应熔炼炉进行熔炼

浇注模具为石墨浇注模具

浇注前，事先把硬质合金颗粒均匀铺在浇注模具中

浇注成型后，对焊条进行精整打磨处理

所制得的硬质合金复合耐磨堆焊焊条，胎体金属抗拉强度710MPa，硬度160HB，熔点880℃，胚体基体对硬质合金颗粒的接触角8°

实施例4

胎体金属的选用：按质量组分计为铜60％、镍18％、锰11％、铬元素1％。

硬质合金颗粒与胎体金属按质量份配比为1:1.3

硬质合金颗粒粒度：YG11c

硬质合金颗粒粒度：5mm

生产方法是通过将熔炼合格的胎体金属溶液采用浇注模具浇注成型工艺获得

选用感应熔炼炉进行熔炼

浇注模具为石墨浇注模具

浇注前，事先把硬质合金颗粒均匀铺在浇注模具中

浇注成型后，对焊条进行精整打磨处理

所制得的硬质合金复合耐磨堆焊焊条，胎体金属抗拉强度695MPa，硬度156HB，熔点893℃，胚体基体对硬质合金颗粒的接触角10°

以下对比例中，对于仅改变胎体合金中某种元素的成份关系时，其他元素相互之前配比关系保持不变，相对于在胎体合金中的质量分数做等比例的变化，以保证满足质量分数总和为100％。

对比例1

其他条件与实施例1相同，保持其余四种金属质量配比不变的情况下，去掉X元素，所制得的硬质合金复合耐磨堆焊焊条，其抗拉强度730MPa，硬度170HB，熔点850℃，胚体基体对硬质合金颗粒的接触角56°，可知不添加X元素，焊条力学性所降低，熔点有点增加，且接触角急剧增加，界面结合性能变差。

对比例2

其他条件与实施例1相同，仅将硬质合金颗粒与胎体金属按质量份配比改为1:0.5，发现所制得的焊条，硬质合金颗粒没有完全被胎体金属包裹，孔隙较多，强度不够。

对比例3

其他条件与实施例1相同，仅将硬质合金颗粒与胎体金属按质量份配比改为1:3，发现所制得的焊条，其硬质合金颗粒含量太少，堆焊层易磨损。

对比例4

其他条件与实施例1相同，仅钛元素质量分数增加到4％，其他元素质量配比关系保持不变。

胎体金属强度为680MPa,强度显著降低。

对比例5

其他条件与实施例1相同，仅镍元素质量分数为15％，其他元素质量配比关系保持不变。

胎体金属强度为660MPa,强度显著降低。

对比例6

其他条件与实施例1相同，仅锰元素质量分数为0.8％，其他元素其他元素质量配比关系保持不变。

胎体金属强度为680MPa,强度显著降低。

Claims (9)

1.一种硬质合金耐磨堆焊焊条，其特征在于：由硬质合金颗粒与胎体合金复合制成，所述胎体合金按质量百分比计包括：铜60%~71%、镍18%~29%，锰4%~11%、X元素1~2%，所述X元素选自钛、铬中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种硬质合金耐磨堆焊焊条，其特征在于：所述胎体合金按质量百分比计包括：铜64%~71%、镍24%~29%，锰4%~5%、X元素1~2%。

3.根据权利要求1所述的一种硬质合金耐磨堆焊焊条，其特征在于：硬质合金选自碳化钨-钴硬质合金，所述硬质合金颗粒的粒度为0.5~12 mm。

4.根据权利要求1所述的一种硬质合金耐磨堆焊焊条，其特征在于：所述硬质合金颗粒与胎体合金的质量比为1:0.6~2.4。

5.根据权利要求4所述的一种硬质合金耐磨堆焊焊条，其特征在于：所述硬质合金颗粒与胎体合金的质量比为1:1.1~1.3。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种硬质合金耐磨堆焊焊条，其特征在于：所述硬质合金耐磨堆焊焊条的抗拉强度695~750MPa，硬度156~180HB，熔点845~893℃，胎体合金基体对硬质合金颗粒的接触角1~10°。

7.制备如权利要求1~5任意一项所述的一种硬质合金耐磨堆焊焊条的方法，其特征在于：按设计比例配取各原料，先将硬质合金颗粒铺设于浇注模具中，然后将经熔炼好的胎体合金溶液倒入浇注模具中，成型、脱模即获得硬质合金耐磨堆焊焊条。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述熔炼的过程为：按设计比例配取铜粉、镍粉、锰粉、钛粉、铬粉，混合，然后置于感应熔炼炉中进行熔炼。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：脱模后，将所得堆焊焊条坯进行精整打磨即获得硬质合金耐磨堆焊焊条。