CN111843283A

CN111843283A - 一种高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末

Info

Publication number: CN111843283A
Application number: CN202010506773.2A
Authority: CN
Inventors: 吴宪吉; 闫德胜; 杨志荣; 宋元元; 付鸿; 戎利建
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明属于表面强化及修复制造领域，涉及一种高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末。合金粉末由以下重量比的成分组成：Cr 25～30％；C 2.8％～3.5％；B 1～3％；Si 0.5～2％；Mo 1～6％；Nb 1～7％；Ni 2～6％；Fe余量。该合金粉末采用水雾化法制备，可应用于等离子堆焊、氩弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、熔化极气体保护焊等多种熔覆工艺。使用该合金粉末熔覆强化的部件，其耐磨性能显著提高，大幅度延长了使用寿命，具有很好的应用前景。

Description

一种高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末

技术领域

本发明属于表面强化及修复制造领域，涉及一种高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末。

背景技术

铁基自熔合金有两种类型:不锈钢型和高铬铸铁型。不锈钢型自熔合金含有较多的镍、铬、钨、铝等元素，这种合金强化相主要由金属间化合物组成，强化相尺寸较小，数量少，对熔覆层的强化作用有限，且这类合金熔点较高，液态流动性较差，因此堆焊工艺性差，限制了其在表面强化及修复领域的应用。高铬铸铁型铁基自熔合金是在高铬铸铁基础上加入强脱氧元素B和Si，形成的低熔点、自脱氧造渣型合金，具有优异的堆焊性能。高铬铸铁合金具有优良的抗磨料磨损性能，冲击韧性也优于其他合金铸铁，是当代的最佳抗磨材料之一。高铬铸铁自熔合金因其低廉的成本，较高的性价比，良好的堆焊工艺性，广泛应用于矿山机械、农业机械等易磨损件的表面强化及修复领域。市场销售的高铬铸铁型铁基自熔性合金主要存在以下几方面的问题：

(1)合金韧性差，易大尺寸块状脱落失效。高铬铸铁型自熔性合金组织主要以过共晶为主，先析出碳化物尺寸较大，可达200～300微米，且呈层片状，割裂了基体连续性，熔覆层韧性显著降低，当受到冲击作用时，易于大尺寸块状脱落，造成熔覆层失效。

(2)熔覆层碳化物含量不合理。碳化物过少，熔覆层硬度低，起不到应有的强化作用，耐磨性差；碳化物含量过高，熔覆层韧性降低，易于开裂失效。

(3)合金熔覆层存在较多的气孔缺陷。铁基粉末易受潮氧化，造成熔覆层存在较多的气孔缺陷，气孔附近容易应力集中，导致熔覆层开裂失效。

(4)成分差异大，性能参差不齐。国内市场，不同厂家生产的同一牌号合金成分存在较大差距，甚至同一厂家生产的同一牌号不同批次合金成分也不尽相同，因此性能参差不齐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末，该粉末可采用等离子堆焊、氩弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、熔化极气体保护焊等多种熔覆工艺将其熔融在易磨损部件表面，制造出高耐磨、抗冲击的铁基耐磨层。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末，合金粉末的组成如下：Cr 25～30％；C2.8％～3.5％；B 1～3％；Si 0.5～2％；Mo 1～6％；Nb 1～7％；Ni 2～6％；Fe余量。

所述的高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用水雾化法制取合金粉末；

(2)筛取100～300目的合金粉末；

(3)利用熔覆工艺将合金粉末熔融在部件表面，形成一层高耐磨熔覆层。

所述的高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末的制备方法，步骤(3)中，采用等离子堆焊、氩弧堆焊、氧乙炔焰堆焊或熔化极气体保护焊熔覆工艺将合金粉末熔融在部件表面，熔覆层厚度范围为0.3～8mm，硬度范围为60～66HRC；熔覆层中，碳化物以M₇C₃为主，M为Fe、Cr，碳化物占熔覆层重量的33～40％。

本发明的设计思想是：

本发明制备的熔覆层为高铬铸铁过共晶组织，主要由共晶组织和先析出碳化物组成。通过控制主要合金元素Cr及C的含量，对合金的碳化物的类型、重量进行控制。高铬铸铁中的碳化物主要分为M₃C、M₇C₃和M₂₃C6三种类型(M为Fe，Cr)，其中M₇C₃硬度最高，呈六棱柱型，且孤立存在，是理想的强化相。结合Fe-Cr-C相图，当Cr质量分数在25％以上，C质量分数在2.8％以上时，合金中的碳化物全部转化为M₇C₃。一定条件下，耐磨层的硬度与磨损量成线性关系，因此为了保证耐磨层具有足够的硬度，碳化物重量控制在熔覆层重量的33～40％，由经验公式可知，碳化物重量主要由C、Cr控制，因此将合金Cr质量分数控制在25～30％，C质量分数控制在2.8％～3.5％；通过添加辅助合金元素Nb、Mo、Ni调整碳化物尺寸和基体组成调整耐磨层韧性，提高耐磨层抗冲击能力。熔覆过程中合金元素B、Si与氧形成低熔点共晶，浮于熔池表面，起到很好的除气作用，同时不影响熔覆层性能。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末采用水雾法制得，制造方法简单，价格低廉，便于推广。

2、采用堆焊本发明铁基自熔性合金粉末的获得熔覆层，碳化物以M₇C₃为主，占熔覆层重量的33～40％，强化相数量合理，性能优异，具有良好的抗磨料磨损能力。

3、与国内现有高铬铸铁合金粉末相比，本发明制备的熔覆层大尺寸层片状碳化物明显减少，耐磨层韧性高，具有较强的抗冲击性能。

附图说明

图1.采煤机截齿及熔覆层金相照片；其中，(a)为采用本发明熔覆的采煤机截齿，(b)为该截齿熔覆层的微观组织。

图2.采用本发明铁基自熔性粉末熔覆的犁铧铲尖图。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明合金粉末由以下重量比的成分组成：Cr 25～30％；C2.8％～3.5％；B 1～3％；Si 0.5～2％；Mo 1～6％；Nb 1～7％；Ni 2～6％；Fe余量。利用水雾化法制取该成分组成的合金粉末，采用等离子堆焊、氩弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、熔化极气体保护焊等熔覆工艺将粉末熔融在部件表面。使用该合金粉末强化的部件，其耐磨性能显著提高，大幅度延长了使用寿命，生产效率显著提高，产品制造成本降低，具有很好的应用前景。

下面，结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1.采煤机截齿表面强化

本实施例中，合金粉末由以下质量配比的成分组成：

Cr 26％、C 3.0％、B 2％、Si 1％、Mo 5％，Nb 3％，Ni 5％、Fe余量。

使用时，利用水雾化法制取上述成分合金粉末，筛选100～300目粉末。采用氩弧堆焊技术，将本发明合金粉末均匀融覆在截齿表面。熔覆层厚度0.3～1mm，硬度61～64HRC。本实施例熔覆层中，碳化物主要为M₇C₃，碳化物占熔覆层重量的36％。

如图1(a)-图1(b)所示，用金相显微镜对耐磨层组织进行观察，耐磨层为过共晶组织，硬质相碳化物孤立、均匀分布，大尺寸层片状碳化物较少，这种过共晶组织保证了耐磨层具有很高的硬度的同时，仍具有良好的冲击韧性。这种高硬度熔覆层有效地保护了硬质合金刀尖，提高了截齿头部的耐磨性能，从而大幅度延长了截齿的使用寿命。

实施例2.犁铧铲尖表面强化

本实施例中，合金粉末由以下质量配比的成分组成：

Cr 28％、C 3.1％、B 2％、Si 2％、Mo 3％、Nb 5％、Ni 5％，Fe余量。

使用时，利用水雾化法制取上述成分合金粉末，筛选100～200目粉末。如图2所示，采用等离子堆焊技术，将本发明合金粉末均匀融覆在犁铧铲尖表面。熔覆层厚度2.5～5mm，硬度63～65HRC。本实施例熔覆层中，碳化物主要为M₇C₃，碳化物约占熔覆层重量的38％。

于新疆北疆沙土地进行了田间考核实验，结果显示：沙土条件下，装载10片铲尖的五铧犁耕地面积达4000亩，且铲尖磨损量显示其仍可继续使用。

实施例结果表明，本发明利用熔覆工艺将合金粉末熔覆在矿山机械、农业机械易磨损件表面，可获得高硬度、高韧性熔覆层，部件耐磨性能显著提高，使用寿命延长。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末，其特征在于，按重量百分比计，合金粉末的组成如下：Cr 25～30％；C 2.8％～3.5％；B 1～3％；Si 0.5～2％；Mo 1～6％；Nb 1～7％；Ni2～6％；Fe余量。

2.一种权利要求1所述的高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用水雾化法制取合金粉末；

(2)筛取100～300目的合金粉末；

3.按照权利要求2所述的高铬铸铁型铁基自熔性合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，采用等离子堆焊、氩弧堆焊、氧乙炔焰堆焊或熔化极气体保护焊熔覆工艺将合金粉末熔融在部件表面，熔覆层厚度范围为0.3～8mm，硬度范围为60～66HRC；熔覆层中，碳化物以M₇C₃为主，M为Fe、Cr，碳化物占熔覆层重量的33～40％。