一种高硬度耐磨药芯焊丝及其药芯粉末
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域,具体涉及一种高硬度耐磨药芯焊丝及其药芯粉末。
背景技术
在承受较小冲击,以磨粒磨损为主的工况下,往往采用较高硬度的耐磨药芯焊丝进行零部件的表面堆焊,并且允许堆焊层产生应力释放裂纹。该工况下市场上常见的耐磨药芯焊丝的硬度最高一般集中于60~66HRC区间,且普遍含有大量贵重合金元素,焊丝成本较高。
中国专利文献CN104959746A公开了一种挤压辊再制造用自保护药芯焊丝,其以低碳钢带为外皮,药芯成分按质量百分比为:高碳铬铁20-40%、碳化铬20-40%、钼铁5-20%、钒铁1-10%、铌铁1-5%、石墨1-5%、铝镁1-5%、电解锰1-4%、硅铁1-4%、硼铁1-4%、碳酸钡0-5%、萤石0-5%、大理石0-4%、氟硅酸钠0-3%和锆英砂0-3%;该药芯焊丝可用于磨粒磨损工况下,但其堆焊层表面硬度可达59-63HRC,硬度一般。
中国专利文献CN1478632A公开了一种高硬度高耐磨自保护堆焊药芯焊丝,药芯包括以下质量百分比含量的物质:45-60%高碳铬铁、5-15%TiB2、4-8%75#硅铁、5-10%Mn、2-5%硼铁、1-3%硅灰石、2-5%ZrO2和5-15%TiO2,该专利文献进一步公开了通过将TiB2加入药芯成分中,可以提高熔敷金属的硬度和耐磨性。但当TiB2含量超过14%时,硬度趋于稳定。采用该专利文献所公开的技术方案制备得到的药芯焊丝的硬度最大可达65HRC,仍有进一步提高的空间。
发明内容
本发明提供一种高硬度耐磨药芯粉末,采用该药芯制备得到的药芯焊丝的堆焊硬度可达900HV(>67HRC)以上,高硬度耐磨性能优良。
本发明的第二目的在于提供一种高硬度耐磨药芯焊丝。
本发明的目的还在于提供所述高硬度耐磨药芯焊丝的制备方法。
本发明的高硬度耐磨药芯粉末采用如下技术方案:一种高硬度耐磨药芯粉末,所述药芯的组分包括:32~38%高碳铬铁,4~8%碳化铬,5~8%硅铁,8~12%锰铁,12~16%
硼铁,12~18%TiB2,3~6%钒铁,3~6%钛铁,1~3%萤石,余量为还原铁粉。
作为进一步优选的技术方案,所述药芯的组分还包括选自钛酸钠、氟化钠和氟硅酸钠中的至少任意一种。
作为进一步优选的技术方案,所述钛酸钠的含量为0~3%,所述氟化钠的含量为0~3%,所述氟硅酸钠的含量为0~3%。
本发明的高硬度耐磨药芯焊丝采用如下技术方案:一种高硬度耐磨药芯焊丝,所述耐磨粒磨损药芯焊丝是以如上述任意一项所述的药芯为原料制备得到的。
作为进一步优选的技术方案,所述高硬度耐磨药芯焊丝的原料还包括用于包裹所述药芯的钢带。
作为进一步优选的技术方案,所述钢带为冷轧钢带。
作为进一步优选的技术方案,所述药芯的用量为所述高硬度耐磨药芯焊丝重量的20-40%。
作为进一步优选的技术方案,所述高硬度耐磨药芯焊丝的直径为1.6mm或1.2mm。
作为进一步优选的技术方案,所述高硬度耐磨药芯焊丝的堆焊层硬度>900HV。
本发明的高硬度耐磨药芯焊丝的制备方法采用如下技术方案:包括下述步骤:(1)将如上述任意一项所述的药芯加入U型钢带中,将U形钢带合口,严密包裹所述药芯;(2)在拉丝机上采用拉丝模逐道拉拔、减径制备得到。
本发明的有益效果是:本发明的通过优化合金元素配比制得的高硬度耐磨药芯粉末,可用于制备高硬度耐磨药芯焊丝,该药芯焊丝配合使用合适的堆焊工艺,可使焊丝堆焊层获得900HV(约67HRC)以上的高硬度,高硬度耐磨性能优良,成形平整美观。
本发明的高硬度耐磨药芯粉末中各组分所起的作用如下:
高碳铬铁:向焊缝金属过渡合金元素;
碳化铬:向焊缝金属过渡合金元素;
硅铁:减少氧化;
锰铁:减少氧化,向焊缝金属过渡合金元素;
硼铁:减少氧化,向焊缝金属过渡合金元素;
TiB2:向焊缝金属过渡合金元素,提供硬质相;
钒铁:细化晶粒,提高韧性;
钛铁:细化晶粒,提高韧性;
萤石(CaF2):稳弧;
钛酸钠、氟化钠、氟硅酸钠:稳弧;
还原铁粉:补充余量。
本发明的药芯焊丝的高硬度可在不提高甚至降低焊丝成本的前提下取得。
本发明的药芯焊丝,高硬度耐磨性能好,相对耐磨性可达含铌过共晶高铬铸铁堆焊合金的2倍左右。
本发明的药芯焊丝熔覆金属黏度适中,铺展性好,成型美观。
本发明的药芯焊丝是金属芯焊丝,熔覆效率高(200-300g/min),焊后无需清渣。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的高硬度耐磨药芯焊丝的其中一种具体制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
取合金粉末10kg,其中高碳铬铁3.2kg(32%)、碳化铬0.8kg(8%)、硅铁0.5kg(5%)、锰铁1.0千克(10%)、硼铁1.4kg(14%)、TiB2粉末1.8kg(18%)、钒铁0.4kg(4%)、钛铁0.3kg(3%)、萤石粉末0.1kg(1%)、氟硅酸钠0.1kg(1%)、余量为还原铁粉。所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取各种粉末放入混料机内混合20分钟,即得高硬度耐磨药芯粉末。
高硬度耐磨药芯焊丝的制备:制备工艺参见说明书附图图1,具体为:选用12×0.4(宽度为12mm,厚度为0.4mm)的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中,将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中,填充率为35-37%。将U形槽合口,严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为:3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊,将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上,焊接电流120~220A,焊接电压20~30V。堆焊三层,层间温度控制在100~200℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
实施例2
取合金粉末10kg,其中高碳铬铁3.4kg(34%)、碳化铬0.6kg(6%)、硅铁0.6kg(6%)、锰铁1.2千克(12%)、硼铁1.2kg(12%)、TiB2粉末1.4kg(14%)、钒铁0.4kg(4%)、钛铁0.4kg(4%)、萤石粉末0.1kg(1%)、氟硅酸钠0.1kg(1%)、余量为还原铁粉。所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取各种粉末放入混料机内混合20分钟,即得高硬度耐磨药芯粉末。
高硬度耐磨药芯焊丝的制备:制备工艺参见说明书附图图1,具体为:选用12×0.4(宽度为12mm,厚度为0.4mm)的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中,将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中,填充率为35-37%。将U形槽合口,严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为:3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊,将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上,焊接电流120~220A,焊接电压20~30V。堆焊三层,层间温度控制在100~200℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
实施例3
取合金粉末10kg,其中高碳铬铁3.4kg(34%)、碳化铬0.6kg(6%)、硅铁0.6kg(6%)、锰铁1.2千克(12%)、硼铁1.4kg(14%)、TiB2粉末1.4kg(14%)、钒铁0.3kg(3%)、钛铁0.6kg(6%)、萤石粉末0.1kg(1%)、钛酸钠0.1kg(1%)、余量为还原铁粉。所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取各种粉末放入混料机内混合20分钟,即得高硬度耐磨药芯粉末。
高硬度耐磨药芯焊丝的制备:制备工艺参见说明书附图图1,具体为:选用12×0.4(宽度为12mm,厚度为0.4mm)的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中,将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中,填充率为25-26%。将U形槽合口,严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为:3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊,将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上,焊接电流120~220A,焊接电压20~30V。堆焊三层,层间温度控制在100~200℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
实施例4
取合金粉末10kg,其中高碳铬铁3.8kg(38%)、碳化铬0.4kg(4%)、硅铁0.8kg(8%)、锰铁0.8千克(8%)、硼铁1.6kg(16%)、TiB2粉末1.2kg(12%)、钒铁0.6kg(6%)、钛铁0.4kg(4%)、萤石粉末0.1kg(1%)、氟化钠0.1kg(1%)、余量为还原铁粉。所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取各种粉末放入混料机内混合20分钟,即得高硬度耐磨药芯粉末。
高硬度耐磨药芯焊丝的制备:制备工艺参见说明书附图图1,具体为:选用12×0.4(宽度为12mm,厚度为0.4mm)的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中,将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中,填充率为25-26%。将U形槽合口,严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为:3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊,将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上,焊接电流120~220A,焊接电压20~30V。堆焊三层,层间温度控制在100~200℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
堆焊层硬度及相对耐磨性检测
采用HVS-1000维氏硬度计,对堆焊层横截面取五点进行测试,试验力为1000gf。最后取平均硬度值作为该焊丝堆焊层的硬度,数据见表1。
耐磨性实验采用MLG-130干砂橡胶轮摩擦磨损试验机进行。实验参数如下:橡胶轮直径:229mm,橡胶轮厚度:12.7mm,橡胶轮硬度:60(邵尔硬度),载荷:130N,橡胶轮转速:200rpm,磨料:40~70目的石英砂。试验前首先采用丙酮清洗试样,采用以上参数预磨120s,再次用丙酮清洗试样,记录试样重量。然后采用以上参数正式磨损400s,清洗试样并称重。材料的耐磨性能用磨损的失重量来衡量。实验中采用含铌过共晶高铬铸铁堆焊合金作为对比,对比件失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。
表1各实施例堆焊层熔敷金属硬度与相对耐磨性
编号 |
硬度(HV) |
相对于高铬铸铁耐磨性(ε) |
1 |
965.25 |
2.1 |
2 |
937.22 |
1.9 |
3 |
942.64 |
2.0 |
4 |
946.18 |
1.9 |
高铬铸铁 |
782.59 |
1 |
如表1所示,所研制的焊丝堆焊层硬度大于900HV,硬度高,其相对耐磨性达到含铌过共晶高铬铸铁堆焊合金的2倍左右,高硬度耐磨性能优良。
熔覆效率测试:药芯焊丝熔覆效率高,可达200-300g/min,焊后无需清渣。
试验方法:采用200mm*100mm*10mm规格Q235低碳钢试板,φ1.6mm规格本发明焊丝,由操作人员在试板上进行手工堆焊。分别堆焊三次,每次记录堆焊时间以及堆焊前后的试板重量,测算大致的熔覆效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。