CN109434320A - 一种耐磨药芯焊丝及应用其对零件进行修复的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的耐磨药芯焊丝和应用其对零件进行修复的方法。本发明耐磨药芯焊丝，包括低碳钢的焊丝药皮和药芯，该焊丝的化学成分及质量百分含量为：C：0.2‑0.3wt％，Mn：1.5‑2.0wt％，Si：0.3‑0.5wt％，Cr：1.8‑2.8wt％，Mo：0.5‑0.8wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量，且C+Cr：2.0‑3.1wt％。本发明对零件进行修复的方法，包括施焊、表面淬火。本发明耐磨药芯焊丝的焊接性能优异，不易出现裂纹等缺陷，堆焊后硬度适中，易于切削加工；同时，堆焊后可进行表面淬火处理，淬火后硬度显著提高，耐磨性能好。

Description

一种耐磨药芯焊丝及应用其对零件进行修复的方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，尤其涉及到一种耐磨药芯焊丝，主要用于机械产品再制造修复及强化。
背景技术
堆焊作为一种效率高、经济性好的修复及表面改性技术，越来越多地应用于机械零件的再制造之中。它不仅可以修复零件的尺寸，同时可以改善零件表面的耐磨、耐蚀等性能。堆焊质量的好坏、焊接效率的高低直接受焊接材料及焊接工艺的影响。
目前对于零件的修复再制造主要有两种堆焊方案：一种是采用焊接性能好的普通合金焊丝直接堆焊，其堆焊层硬度较低，一般为HRC26-28，由于碳含量低，加之合金元素的相关组分，使得堆焊层无法通过淬火来提高硬度，因此堆焊层耐磨性、强度都较差，所以种方法仅仅只能起到恢复尺寸的目的，很难满足修复件对高强度、高耐磨性的要求；另一种是采用堆焊层硬度高的耐磨药芯焊丝即硬面堆焊焊丝进行堆焊，堆焊层硬度高，可达HRC52-55，能够达到零件再制造修复要求，但是后续车削加工刀具要求高、刀具损坏快，车削速度慢，很难满足实际生产质量及效率要求，同时因为这种焊丝碳含量高、合金元素含量高，所以该类焊丝的焊接性能差，焊接工艺控制要求非常高，极易出现裂纹。另外，这种焊丝一般都含有V、Ti等强碳化物形成元素，往往会因为这些硬质相的分布不均而导致堆焊层硬度不均匀，从而影响修复件的耐磨性，使用寿命降低。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种新型的耐磨药芯焊丝，它既与普通合金焊丝一样具有优良的焊接工艺性，堆焊后很容易切削加工，同时通过淬火处理后又具有硬面堆焊焊丝一致的硬度及耐磨性。本发明同时提供了应用此焊丝对零件进行修复的方法。
本发明耐磨药芯焊丝，包括低碳钢的焊丝药皮和药芯，该焊丝的化学成分及质量百分含量为：C：0.2-0.3wt％，Mn：1.5-2.0wt％，Si：0.3-0.5wt％，Cr：1.8-2.8wt％，Mo：0.5-0.8wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量，且C+Cr：2.0-3.1wt％。
进一步地，该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.2wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.25wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
进一步地，该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
进一步地，该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.8wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
进一步地，该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.3wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
进一步地，该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.3wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.8wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
本发明应用耐磨药芯焊丝对零件进行修复的方法，包括以下步骤：
(1)施焊：焊前对母材进行预热，使用本发明的焊丝进行堆焊，焊后退火；
(2)表面淬火：在中频淬火机床中将堆焊层淬火，在井式回火炉中将堆焊层回火。
进一步地，当母材材质42CrMo、厚度180mm施焊时，焊丝化学成分的质量百分比：C：0.2wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.25wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe余量；焊接电压25V、焊接电流260A；预热温度300℃，退火温度550℃；表面淬火：淬火温度850℃±50℃，冷却介质AQ251；回火温度400℃±10℃，保温时间3h。
进一步地，当母材材质34CrNi3Mo、厚度250mm施焊时，焊丝化学成分的质量百分比为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe余量；焊接电压28V、焊接电流280A；预热温度350℃、退火温度550℃；表面淬火：淬火温度850℃±50℃，冷却介质AQ251；回火温度400℃±10℃，保温时间4h。
因此，本发明耐磨药芯焊丝C含量适中，其焊接性能优异，不易出现裂纹等缺陷，堆焊后硬度适中，为HRC32-40，易于切削加工；同时，由于堆焊后可进行表面淬火处理，C+Cr的含量合适，使得淬火后的硬度显著提高，达到HRC48-55，耐磨性能好。所以，本发明焊丝解决了现有焊丝焊接性、耐磨性、加工性三者不可兼得的问题，能够显著提高再制造修复产品的性能。本发明焊丝克服了现有焊丝的缺点，集各种优点于一身。同时，应用本发明焊丝对零件进行修复的方法，保证了修复后的零件既能满足图纸的尺寸要求，同时也能满足零件表面硬度和耐磨性的要求。
附图说明
图1是采用本发明焊丝堆焊后的堆焊层淬火后的显微组织图；
图2是堆焊层淬火后的XRD衍射图。
具体实施方式
本发明一种耐磨药芯焊丝，包括低碳钢的焊丝药皮和药芯，该焊丝的化学成分及质量百分含量为：C：0.2-0.3wt％，Mn：1.5-2.0wt％，Si：0.3-0.5wt％，Cr：1.8-2.8wt％，Mo：0.5-0.8wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量，且C+Cr：2.0-3.1wt％。
其中：本发明焊丝中C：0.2-0.3wt％及C+Cr:2.0-3.1wt％，这两个含量首先保证了焊丝具有良好的焊接工艺性，避免了焊接过程中裂纹等缺陷的产生；同时又保证了堆焊层淬火硬度满足高强度、高耐磨的要求。
下面就具体几个实施例对焊丝成分进行详细的说明：
实施例1
本发明耐磨药芯焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.2wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.25wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。此种焊丝堆焊后的硬度及表面淬火后的硬度如表1所示。
实施例2
本发明耐磨药芯焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。此种焊丝堆焊后的硬度及表面淬火后的硬度如表1所示。
实施例3
本发明耐磨药芯焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.8wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。此种焊丝堆焊后的硬度及表面淬火后的硬度如表1所示。
实施例4
本发明耐磨药芯焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.3wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。此种焊丝堆焊后的硬度及表面淬火后的硬度如表1所示。
实施例5
本发明耐磨药芯焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.3wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.8wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。此种焊丝堆焊后的硬度及表面淬火后的硬度如表1所示。
表1本发明焊丝实施例1-5堆焊后及淬火后硬度
从上表可以看出，随着C含量的增加，本发明焊丝在堆焊后的硬度增加，当然C含量不能太高，否则零件脆性增加，会影响焊接的质量；因此，本发明焊丝堆焊后硬度为HRC32-40之间，从而具有良好的切削性能，易于车加工，使零件达到尺寸的要求；同时，随着C含量与Cr含量的增加，使得堆焊层表面淬火后的硬度增加到HRC48-55之间，从而使得堆焊层耐磨性、强度大大提高，满足其使用性能，即修复件对高强度、高耐磨性的要求。
因此，本发明耐磨药芯焊丝的焊接性能优异，不易出现裂纹等缺陷，堆焊后硬度适中，为HRC32-40，易于切削加工；同时，堆焊后可进行表面淬火处理，淬火后硬度显著提高，达到HRC48-55，耐磨性能好。
应用本发明耐磨药芯焊丝对零件进行修复的方法，包括以下步骤：
(1)施焊：焊前对母材进行预热，使用本发明的焊丝进行堆焊，焊后零件退火；
(2)表面淬火：在中频淬火机床中将堆焊层淬火，在井式回火炉中将堆焊层回火。
下面就两个具体实施例对修复方法进行详细的说明：
实施例6
本实施例耐磨药芯焊丝的化学成分及质量百分含量如表2.1所示，表2.2为本实例所用焊丝施焊母材及焊接工艺表，表2.3为在堆焊层上取5点的硬度值及平均硬度值，表2.4为堆焊层淬火工艺，表2.5为淬火后堆焊层的硬度值。
表2.1焊丝的化学成分及质量百分含量
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe
含量(％) 0.2 2.0 0.3 2..25 0.6 <0.007 余量
表2.2施焊母材及焊接工艺表：
母材材质 厚度 焊接电压 焊接电流 预热温度 退火温度
42CrMo 180mm 25V 260A 300℃ 550℃
表2.3堆焊层取点测量的硬度值
取点 A1 A2 A3 A4 A5 平均值
硬度值（HRC） 31 36 34 35 34 34
表2.4堆焊层淬火工艺参数
设备 淬火温度 冷却介质 回火温度 保温时间
中频淬火机床+井式回火炉 850℃±50℃ AQ251 400℃±10℃ 3h
表2.5淬火后堆焊层硬度值
取点 B1 B2 B3 B4 B5 平均值
硬度值（HRC） 51 49 51 50 49 50
实施例7
本实施例耐磨药芯焊丝的化学成分及质量百分含量如表3.1所示，表3.2为本实例所用焊丝施焊母材及焊接工艺表，表3.3为在堆焊层上取5点的硬度值及平均硬度值，表3.4为堆焊层淬火工艺，表3.5为淬火后堆焊层的硬度值。
表3.1焊丝的化学成分及质量百分含量
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe
含量（%） 0.3 2.0 0.3 2.8 0.6 <0.007 余量
表3.2施焊母材及焊接工艺表
母材材质 厚度 焊接电压 焊接电流 预热温度 退火温度
34CrNi3Mo 250mm 28V 280A 350℃ 550℃
表3.3堆焊层取点测量的硬度值
取点 A1 A2 A3 A4 A5 平均值
硬度值（HRC） 39 37 44 37 38 39
表3.4堆焊层淬火工艺参数
设备 淬火温度 冷却介质 回火温度 保温时间
中频淬火机床+井式回火炉 850℃±50℃ AQ251 400℃±10℃ 4h
表3.5淬火后堆焊层硬度值
取点 B1 B2 B3 B4 B5 平均值
硬度值（HRC） 55 56 54 55 55 55
从上面可以看出，本焊丝不含V、Ti、W等元素，堆焊层的表面硬度比较均匀，最高值与最低值之间差5HRC左右，因此修复过的零件耐磨性能好，使用寿命长。
图1是采用本发明焊丝堆焊后的堆焊层淬火后的显微组织图，从图1可以看出淬火后的金相组织是马氏体组织，组织均匀细腻无缺陷。
图2是堆焊层淬火后的XRD衍射图，通过衍射分析可以看出堆淬火焊层主要是体心立方结构晶体组成，即金相组织为马氏体。马氏体的硬度较高。
由此可见，与现有堆焊焊丝相比，本发明焊丝焊接性能优异，堆焊后硬度在焊丝堆焊后硬度为HRC32-40之间，易于切削加工；堆焊后可进行表面淬火处理，淬火后硬度高，达到HRC48-55之间，耐磨性能好。因此，本发明焊丝实现了焊丝焊接性、耐磨性、加工性三者合一，能够显著提高再制造修复产品的性能，符合国家对于绿色再制造及循环经济战略要求，应用市场广阔。

Claims (9)

1.一种耐磨药芯焊丝，包括低碳钢的焊丝药皮和药芯，其特征在于：该焊丝的化学成分及质量百分含量为：C：0.2-0.3wt％，Mn：1.5-2.0wt％，Si：0.3-0.5wt％，Cr：1.8-2.8wt％，Mo：0.5-0.8wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量，且C+Cr：2.0-3.1wt％。
2.根据权利要求1所述的耐磨药芯焊丝，其特征在于：该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.2wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.25wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
3.根据权利要求1所述的耐磨药芯焊丝，其特征在于：该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
4.根据权利要求1所述的耐磨药芯焊丝，其特征在于：该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.8wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
5.根据权利要求1所述的耐磨药芯焊丝，其特征在于：该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.3wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
6.根据权利要求1所述的耐磨药芯焊丝，其特征在于：该焊丝化学成分的质量百分比优选为：C：0.3wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.8wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe：余量。
7.应用权利要求1-6所述的耐磨药芯焊丝对零件进行修复的方法，包括以下步骤：
(1)施焊：焊前对母材进行预热，使用本发明的焊丝进行堆焊，焊后退火；
(2)表面淬火：在中频淬火机床中将堆焊层淬火，在井式回火炉中将堆焊层回火。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
(1)施焊：母材材质42CrMo、厚度180mm；焊丝熔化学成分的质量百分比：C：0.2wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.25wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe余量；焊接电压25V、焊接电流260A；预热温度300℃，退火温度550℃；
(2)表面淬火：淬火温度850℃±50℃，冷却介质AQ251；回火温度400℃±10℃，保温时间3h。
9.根据权利要求7所述的修复的方法，其特征在于：
(1)施焊：母材材质34CrNi3Mo、厚度250mm；焊丝化学成分的质量百分比为：C：0.25wt％，Mn：2.0wt％，Si：0.3wt％，Cr：2.5wt％，Mo：0.6wt％，S:<0.007wt％，Fe余量；焊接电压28V、焊接电流280A；预热温度350℃、退火温度550℃；
(2)表面淬火：淬火温度850℃±50℃，冷却介质AQ251；回火温度400℃±10℃，保温时间4h。
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