CN112404790B - 一种掺杂活性剂的复合粉粒及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种掺杂活性剂的复合粉粒及其应用方法，采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结和粉粒筛分等步骤而形成粒度5～15目的复合粉粒，以该复合粉粒和实心焊丝作为堆焊材料，进行自保护明弧堆焊，使复合粉粒所含活性剂进入堆焊熔池和弧柱空间，起净化焊缝金属、稳定电弧及改善熔池流动性的作用，并使电弧稳定而持久作用于复合粉粒；优化调控复合粉粒预置量，使该复合粉粒和实心焊丝堆焊合金与基板熔合良好，最终获得填粉率高达0.50～0.56且初生(Fe,Cr,Mo)₇C₃的体积分数高达70～80％以上的堆焊合金。该堆焊合金为典型的过共晶结构组织，完全满足实用要求，可用于磨粒磨损工况零部件堆焊耐磨合金层，如混凝土输送管的内壁耐磨层。

Description

一种掺杂活性剂的复合粉粒及其应用方法

技术领域

本发明属于耐磨堆焊技术领域，具体涉及一种掺杂活性剂的复合粉粒及其应用方法。

背景技术

近年来，为了提高钨极氩弧焊(TIG)的焊缝熔深，提出了活性化TIG技术，即A-TIG，该技术主要把含某些物质成分的活性剂焊前涂敷在焊件母材焊接区，正常规范下焊接熔深大幅度提高，这不仅可以提高焊接接头的强度，而且减少焊缝层数，对母材的热影响减小，因而工件热变形小，总体上获得了较为良好的实施效果。

一般理论认为：活性剂在电弧高温作用发生分解，其产物对焊缝中的非金属夹杂物有良好净化作用，从而提高焊接接头的性能。例如：其分解产物可对熔融金属的表面张力、熔池多组分体系的界面性质和状态等均产生积极影响，起到改善焊缝性能的作用。

国内外对活性剂的研究集中于其对熔深熔宽的影响，活性剂一般作为一种焊接辅助材料使用，主要工艺为：焊前，将活性剂粉末与丙酮相混合，然后涂刷在待焊焊道表面，再采用氩弧焊、激光焊或者激光-电弧复合焊等方法进行焊接。活性剂主要由氧化物、氯化物和氟化物等化合物进行优化组合而成。活性剂所采用的溶剂—丙酮，属于易挥发物质，而上述化合物基本上以悬浮液的形式存在，粉末难以均匀悬浮，因而焊缝表面涂刷活性剂的质量均匀性偏差，造成熔深不一致，影响焊缝质量。此外，目前涂敷活性剂的焊缝多为单层、焊板厚度薄。然而，厚板需要多层多道焊，上一道焊缝往往余温高，造成活性剂难以涂敷，活性剂使用在多层焊时受到了过多限制。

不仅如此，不少活性剂属于易电离的化合物，往往具有吸水特性。涂敷所用溶剂丙酮，其挥发度与环境温度、湿度等因素密切有关。如果挥发不完全，可导致焊缝自由氢含量高而影响其韧性。最为典型是碱性焊条，因药皮有高含量的氟化物和氧化物，焊前需要烘干处理，以充分去除其中的水分。

此外，稀土氧化物等掺杂于焊缝金属，起到变质作用，可改善碳化物形态，但稀土氧化物价格较贵。

作为一种新型的焊接材料，复合粉粒主要采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分等步骤而制备为特定粒度的粉粒，以H08A实心焊丝等作为电弧载体，进行埋弧焊或自保护明弧焊，可制备系列高铬、高硼等合金。但是，受电弧形态和产热的影响，为保证堆焊合金层整体熔合良好，复合粉粒预置量受到较大约束，填粉率(填粉率＝复合粉粒熔化重量/(复合粉粒熔化重量+实心焊丝熔化重量))一般在0.45以下，这使复合粉粒堆焊合金的性能调控及优化受到限制。

发明内容

本发明的目的之一在于针对活性剂和复合粉粒存在的上述欠缺，提供一种掺杂活性剂的复合粉粒。

本发明的上述目的通过下述技术方案实现：

该种掺杂活性剂的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分的制备工艺步骤而制成粒度5目～15目的复合粉粒；

所述复合粉粒所含粉末组分的重量百分含量分别为：60～70％的含铬量为68～72％、含碳量为8％的高碳铬铁(FeCr70C8.0)；4～6％的含钛量为25～35％的钛铁(FeTi30A)；3～5％的含硅量为40～47％的硅铁(FeSi45-A)；2～4％的含碳量不低于98％的鳞片石墨(C)；2～3％的含碳量不低于99％的超微细石墨(C)；2～3％的碳化硼含量99％以上的碳化硼(B₄C)；1～3％的含钼量50％的钼铁(FeMo50-A)；1％～2％碳酸钙含量99％以上的大理石粉(CaCO₃)；0.5～1％的氟化钙含量98.5％以上的萤石粉(CaF₂)；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉(Fe)。

进一步，复合粉粒所含高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、碳化硼、钼铁、还原铁粉的粉末组分过60目筛，超微细石墨、大理石粉、萤石粉的粉末组分过300目筛后称量。

进一步，向混合粉末中添加的水玻璃为硅酸钠型，波美度30～40，模数3.0～3.3。

进一步，以15～20ml硅酸钠型水玻璃/100g混合粉末的方式，将水玻璃添加入混合粉末进行湿混。

进一步，复合粉粒在300～400℃低温烧结并保温2～4小时后出炉。

本发明目的之二提供上述掺杂活性剂的复合粉粒的应用方法，即：焊前将复合粉粒预置于焊道，以直径Φ2.5mm的H08A实心焊丝作为电弧载体，采用直流电源反接法进行自保护明弧堆焊，使该复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池，电弧将由大理石粉和萤石粉组成的活性剂带入熔池和弧柱，起净化焊缝金属、改善熔池流动性的作用，并使电弧稳定而持久作用于复合粉粒，获得了填粉率(填粉率＝复合粉粒熔化重量/(复合粉粒熔化重量+实心焊丝熔化重量))高达0.50～0.56且初生三碳化铁铬钼/(Fe,Cr,Mo)₇C₃相的体积分数高达70～80％以上的高铬堆焊合金。

进一步，堆焊电流控制值为400～420A，小车行走速度14～16m/h。

本发明的一种掺杂活性剂的复合粉粒，与H08A实心焊丝配合使用，所制备堆焊合金为高铬合金，其主耐磨相为初生三碳化七铁铬钼/(Fe,Cr.Mo)₇C₃相，基体主要为铁素体。该高铬合金呈现典型的过共晶组织结构，可应用于磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨合金层，如混凝土输送管的内壁耐磨层。

与现有技术相比，本发明具有如下创新点和有益效果：

(1)填粉率高且堆焊合金成分调控范围宽：本发明一种掺杂活性剂的复合粉粒，在确保堆焊合金层和基板熔合良好的前提下，所述堆焊合金的填粉率可达0.50～0.56，比原有复合粉粒堆焊高铬合金的填粉率0.35～0.45高出0.05～0.21。这就是说，填粉量明显比以前工艺增大，易于获得过共晶高铬合金，并使堆焊合金成分调控范围显著扩大。因而，可将复合粉粒所含钒铁、钼铁等较为昂贵的合金组分量降低，并减少石墨等致脆组分含量。不仅如此，一次堆焊就可获得更厚的合金层，这使堆焊熔敷效率提高，焊缝热输入量降低而减小焊板变形。

(2)掺杂活性剂不吸湿且加入量稳定可控：与其传统NaF、Na₂CO₃、K₂CO₃、CaCl₂相比，本发明复合粉粒加入CaCO₃、CaF₂等作为活性剂，这二者均与水不具有亲和力，在大气中可存放时间长，减少了焊缝金属的自由氢来源。此外，活性剂粉末作为复合粉粒的既有组分而顺其自然进入熔池或者弧柱，避免了焊缝表面的温度影响，也无需与丙酮等有机溶剂相混合。

(3)掺入的活性剂经济性好：与其他工艺所采用的NaF、Na₂CO₃、K₂CO₃、CaCl₂等活性剂化合物相比，本发明加入CaCO₃、CaF₂等作为活性剂，二者均是碱性焊条药皮的常规成分，来源广且价格不高，经济性好。

(4)掺入活性剂的作用功能广：本发明复合粉粒掺入CaCO₃、CaF₂等作为活性剂，其中CaCO₃可起稳弧作用，使电弧稳定而持久作用于预置复合粉粒；还可分解出保护气体CO₂，减少堆焊熔池碳的烧损，分解出CaO与其他氧化物复合成熔渣浮在焊缝表面，对焊缝金属起到净化作用；CaF₂由于其典型的反电离作用，直流反极性焊接时，既降低焊缝金属的自由氢含量，又与电子结合释放一定热量，从而增大复合粉粒的熔化量，即提高填粉率，相应减少堆焊合金所含H08A焊丝的熔化组成量，最终获得更高合金化量的堆焊合金。总之，两者均增大复合粉粒熔化量，净化熔融金属而改善流动性，从而获得良好的焊缝成型。

(5)堆焊合金的脆性共晶数量少：本发明掺杂活性剂的复合粉粒，由于活性剂CaCO₃、CaF₂等对熔融熔池起保护作用，减少复合粉粒所含碳量；堆焊熔池的碳组分基本上参与了主耐磨相(Fe,Cr,Mo)₇C₃相的形成，获得了体积分数高达70～80％以上的初生(Fe,Cr,Mo)₇C₃相，该相四周的脆性共晶(α-Fe+(Fe,Cr)₃C)数量显著减少，减少该区域显微剥落的概率而提高了合金耐磨性。

附图说明

图1为本发明掺杂活性剂的复合粉粒所制备堆焊合金的组织形态图。

图2为图1所示堆焊合金的相组成图。

图3为对比例1中无活性剂复合粉粒堆焊合金的组织形态图。

图4为图3所示对比例1堆焊合金的相组成图。

图5为图1所示堆焊合金的磨损形貌图。

图6为图3所示对比例1堆焊合金的磨损形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。但本发明的实施方式不限于此。

本发明掺杂活性剂的复合粉粒，采用采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分等制备工艺步骤而制成特定粒度的复合粉粒；

所述混合粉末各组成粉末组分的重量百分含量分别为：60～70％的含铬量为68～72％、含碳量为8％的高碳铬铁(FeCr70C8.0)；4～6％的含钛量为25～35％的钛铁(FeTi30A)；3～5％的含硅量为40～47％的硅铁(FeSi45-A)；2～4％的含碳量不低于98％的鳞片石墨(C)；2～3％的含碳量不低于99％的超微细石墨(C)；2～3％的碳化硼含量99％以上的碳化硼(B₄C)；1～3％的含钼量50％的钼铁(FeMo50-A)；1％～2％碳酸钙含量99％以上的大理石粉(CaCO₃)；0.5～1％的氟化钙含量98.5％以上的萤石粉(CaF₂)；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉(Fe)。

在称量组分之前，先将高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、碳化硼、钼铁、还原铁粉等粉末组分过60目筛，再将大理石粉、萤石粉、超微细石墨的粉末组分过300目筛，接着按照组成配比进行称量，然后将所有粉末组分放入同一容器内，充分搅拌以使之混合均匀，形成混合粉末。

接上一步，向该混合粉末以每次倒入3～5ml的波美度为30～40、模数为3.0～3.3硅酸钠型水玻璃，直至每100g上述混合粉末，最终添加15～20ml容积量的硅酸钠型水玻璃；添加期间，不停搅拌，然后旋转混合湿粉体以造粒，最后静置15～30分钟以定型，获得形成近似球形的湿复合粉粒。

继续，将上述湿复合粉粒放入烧结炉中升温至300～400℃，保温2～4小时，随炉冷却至室温后出炉。

然后，将烧结后的复合粉粒先过5目筛，去除大于5目的大颗粒；再将之过15目筛，去除小于15目的小颗粒，最终获得粒度5～15目的复合粉粒。

在长度160mm×宽度75mm×厚度16mm的Q235A钢板上，预置该复合粉粒，以直径Φ2.5的H08A实心焊丝作为电弧载体，在确保堆焊合金与基板熔合良好的前提下，优化调整预置粉粒层高度和宽度，获得填粉率(填粉率＝复合粉粒熔化重量/(复合粉粒熔化重量+实心焊丝熔化重量))为0.50～0.56的堆焊合金。

堆焊之前，将自动焊机ZD5-1000E的极性选择为直流反接，电流设置值为400～420A，电弧电压25～30V，焊丝干伸长25～30mm，小车行走速度14～16m/h，并使每次每层堆焊工艺参数不变。

以上述复合粉粒和H08A实心焊丝为堆焊材料进行自保护明弧堆焊，使该复合粉粒熔体和H08A实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池，待熔池冷却凝固后形成第一层焊缝，空冷至室温，去除表面少量残余熔渣；然后以同样的方式分别堆焊第二层。

基于此，本发明一种掺杂活性剂的复合粉粒及其应用方法的设计原理可概括为：先制备粒度5～15目的掺杂活性剂的复合粉粒，然后以该复合粉粒和实心焊丝作为堆焊材料，进行自保护明弧堆焊，使复合粉粒所含活性剂进入堆焊熔池和弧柱空间，起稳定电弧、改善熔池流动性的作用，并使电弧稳定而持久作用于复合粉粒，从而增大复合粉粒的熔化量；同时，优化调控复合粉粒预置量，并使该复合粉粒和实心焊丝的堆焊合金与基板熔合良好，从而获得填粉率高达0.50～0.56且初生(Fe,Cr,Mo)₇C₃的体积分数高达70～80％以上的高铬堆焊合金。

实施例1

称量组分之前，先将高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、碳化硼、钼铁、还原铁粉等粉末组分过60目筛，再将大理石粉、萤石粉、超微细石墨的粉末组分过300目筛。该复合粉粒所含粉末组分的组成配比(重量百分比)为：高碳铬铁70％、钛铁5％、硅铁4％、鳞片石墨3％、超微细石墨3％、碳化硼2％、钼铁2％、大理石粉1％、萤石粉1％、还原铁粉9％。

按上述复合粉末所含粉末组分的配比要求称取高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、超微细石墨、碳化硼、钼铁、大理石粉、氟化钙粉和还原铁粉等粉末组分，随后将所有称量好的上述粉末组分放入同一容器内，充分搅拌以使之混合均匀，形成混合粉末。

接着，每次向上述混合粉末中添加3ml波美度35和模数3.2的硅酸钠型水玻璃，添加期间不断搅拌使水玻璃均匀浸润混合粉末，直至每100g该混合粉末水玻璃最终添加18ml容积量的硅酸钠型水玻璃；然后以每秒2～5转的速度转动，并轻微振动盛有上述湿粉体的容器，使该湿粉体转动并粘合为复合粉粒，不停转动直至容器内大多数复合粉粒粒度尺寸一致，静置20分钟以定型，获得近似球形的复合粉粒；

继续，将上述复合粉粒放入烧结炉中升温至330℃，保温3.5小时后出炉。然后，该烧结好的复合粉粒先过5目筛，去除大于5目的大颗粒；再过15目筛，去除小于15目的小颗粒，最终获得粒度5～15目的复合粉粒。

最后，在长度160mm×宽度75mm×厚度16mm的Q235A钢板上，以直径Φ2.5的H08A实心焊丝作为电弧载体；在焊道预置上述筛分后的复合粉粒，并优化调整预置复合粉粒层高度和宽度，获得填粉率为0.53的堆焊合金。

堆焊之前，将自动焊机ZD5-1000E的极性设置为直流反接，堆焊工艺参数如表1所示。

以烧结过筛后的上述复合粉粒和H08A实心焊丝作为焊接材料，进行自保护明弧焊，使复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池。待熔池空冷凝固形成第一层焊缝，去除表面少量残留熔渣；然后，以同样的方式分别堆焊第二层。焊后，焊缝无裂纹和气孔等缺陷，焊缝表面仅有少量熔渣。

表1复合粉粒和实心焊丝堆焊工艺参数

将堆焊试样用线切割方法加工制备为57mm×25.5mm×6mm耐磨性试样，并用HR-150洛氏硬度计测试其表面宏观硬度。

耐磨性试验采用MLS-225B型湿砂橡胶轮式磨损试验机，试验条件如下：橡胶轮直径176mm、硬度为60邵尔，所加砝码重2.5千克，橡胶轮转速240转/分钟，砂浆比例为40～60目1500克石英砂配1000克自来水。试样先预磨1000转，冲洗干净，吹干，称初重M₀，然后正式试验1000转后清洗吹干，称重M₁，试样磨损绝对失重量ΔM＝M₀-M₁。

以下面对比例1所述的1#堆焊试样作为标准试样，相对磨损系数ε＝标准试样绝对失重量/试样绝对失重量，试验结果见表2。

本实施例1的堆焊合金的组织形态、相组成和磨损形貌分别如附图1、附图2和附图5所示。

实施例2

称量组分之前，先将高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、碳化硼、钼铁、还原铁粉等粉末组分过60目筛，再将大理石粉、萤石粉、超微细石墨的粉末组分过300目筛，然后称量。该复合粉粒所含粉末组分的组成配比(重量百分比)为：高碳铬铁65％、钛铁4％、硅铁3％、鳞片石墨4％、超微细石墨2％、碳化硼3％、钼铁2％、大理石粉2％、萤石粉0.5％，还原铁粉14.5％。

按上述复合粉末所含粉末组分的配比要求称取高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、超微细石墨、碳化硼、钼铁、大理石粉、萤石粉和还原铁粉等粉末组分，随后将所有称量好的上述粉末组分放入同一容器内，充分搅拌以使之混合均匀，形成混合粉末。

接着，每次向上述混合粉末中添加4ml波美度40和模数3.0的硅酸钠型水玻璃，添加期间不断搅拌使水玻璃均匀浸润混合粉末，直至每100g该混合粉末水玻璃最终添加16ml容积量的硅酸钠型水玻璃；然后以每秒2～5转的速度转动，并轻微振动盛有上述湿粉体的容器，使该湿粉体转动并粘合为复合粉粒，不停转动直至容器内大多数复合粉粒粒度尺寸一致，静置25分钟以定型，获得近似球形的复合粉粒；

继续，将上述复合粉粒放入烧结炉中升温至340℃，保温3小时后出炉。然后，该烧结好的复合粉粒先过5目筛，去除大于5目的大颗粒；再过15目筛，去除小于15目的小颗粒，最终获得粒度5～15目的复合粉粒。

最后，在长度160mm×宽度75mm×厚度16mm的Q235A钢板上，以直径Φ2.5的H08A实心焊丝作为电弧载体；在焊道预置上述筛分后的复合粉粒，并优化调整预置复合粉粒层高度和宽度，获得填粉率为0.56的堆焊合金。

其余步骤和耐磨性试验内容同实施例1。

实施例3

称量组分之前，先将高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、碳化硼、钼铁、还原铁粉等粉末组分过60目筛，再将大理石粉、萤石粉、超微细石墨的粉末组分过300目筛，然后称量。该复合粉粒所含粉末组分的组成配比(重量百分比)为：高碳铬铁60％、钛铁6％、硅铁4％、鳞片石墨4％、超微细石墨2.5％、碳化硼3％、钼铁3％、大理石粉1.5％、萤石粉0.8％、还原铁粉15.2％。

按上述复合粉末所含粉末组分的配比要求称取高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、超微细石墨、碳化硼、钼铁、大理石粉、萤石粉和还原铁粉等粉末组分，随后将所有称量好的上述粉末组分放入同一容器内，充分搅拌以使之混合均匀，形成混合粉末。

接着，每次向上述混合粉末中添加5ml波美度35和模数3.2的硅酸钠型水玻璃，添加期间不断搅拌使水玻璃均匀浸润混合粉末，直至每100g该混合粉末水玻璃最终添加20ml容积量的硅酸钠型水玻璃；然后以每秒2～5转的速度转动，并轻微振动盛有上述湿粉体的容器，使该湿粉体转动并粘合为复合粉粒，不停转动直至容器内大多数复合粉粒粒度尺寸一致，静置30分钟以定型，获得近似球形的复合粉粒；

继续，将上述复合粉粒放入烧结炉中升温至360℃，保温3小时后出炉。然后，该烧结好的复合粉粒先过5目筛，去除大于5目的大颗粒；再过15目筛，去除小于15目的小颗粒，最终获得粒度5～15目的复合粉粒。

最后，在长度160mm×宽度75mm×厚度16mm的Q235A钢板上，以直径Φ2.5的H08A实心焊丝作为电弧载体；在焊道预置上述筛分后的复合粉粒，并优化调整预置复合粉粒层高度和宽度，获得填粉率为0.55的堆焊合金。

其余步骤和耐磨性试验内容同实施例1。

对比例1

称量之前，先将高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、碳化硼、钼铁和还原铁粉等粉末组分均过60目筛，超微细石墨粉末过300目筛。该复合粉粒所含粉末组分的组成配比(重量百分比)为：高碳铬铁70％、钛铁5％、硅铁4％、鳞片石墨3％、超微细石墨3％、碳化硼2％、钼铁2％、还原铁粉11％。

按上述复合粉末所含粉末组分的配比要求称取高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、超微细石墨、碳化硼、钼铁和还原铁粉等粉末组分，随后将所有称量好的上述粉末组分放入同一容器内，充分搅拌以使之混合均匀，形成混合粉末。

接着，向每次上述混合粉末中添加3ml波美度35和模数3.2的硅酸钠型水玻璃，添加期间不断搅拌使水玻璃均匀浸润混合粉末，直至每100g该混合粉末水玻璃最终添加18ml容积量的硅酸钠型水玻璃；然后以每秒2～5转的速度转动，并轻微振动盛有混合粉体的容器，使粉体转动并粘合为复合粉粒，不停转动直至容器内大多数复合粉粒粒度尺寸一致，静置20分钟以定型，获得近似球形的复合粉粒；

继续，将上述复合粉粒放入烧结炉中升温至330℃，保温3.5小时后出炉。然后，该烧结好的复合粉粒先过5目筛，去除大于5目的大颗粒；再过15目筛，去除小于15目的小颗粒，最终获得粒度5～15目的复合粉粒。

最后，在长度160mm×宽度75mm×厚度16mm的Q235A钢板上，采用直径Φ2.5的H08A实心焊丝作为电弧载体；在焊道预置上述筛分后的复合粉粒，并优化调整预置粉粒层高度和宽度，获得填粉率0.45的堆焊合金。

对比例1所用自动焊机ZD5-1000E的堆焊工艺参数、极性设置和堆焊过程均同实施例1。耐磨性试验内容同实施例1。

对比例1所示无活性剂复合粉粒所制备堆焊合金的组织形态、相组成和磨损形貌分别如图3、图4和图6所示，以该对比例1所制备的堆焊合金作为1#对比试样。

从表2可以看出，本发明掺杂活性剂的复合粉粒所制备堆焊合金的相对磨损系数ε是无活性剂且其他组分相同的复合粉粒所制备堆焊合金的2.33～3.58倍，这说明本复合粉粒所制备的堆焊合金具有良好的耐磨性；同时，填粉率从0.45增加到0.53～0.56，复合粉粒熔化量增加了15.6％～24.4％；上述结果表明，向复合粉粒掺杂活性剂的工艺取得了良好的实施效果。

表2对比例和实施例所制备堆焊合金的耐磨粒磨损性能

通过附图1和附图2可知，本发明以复合粉粒和H08A实心焊丝作为焊接材料而制备的堆焊合金组织主要由铁素体、奥氏体、(Fe,Cr.Mo)₇C₃相和(Fe,Cr)₃C相等相组成。

此外，由附图1可知，本发明方法所制备的堆焊合金所含(Fe,Cr.Mo)₇C₃呈板条状和块状，体积分数达到70～80％以上，明显高于通常高铬合金所含的20～50％左右的初生(Fe,Cr)₇C₃相；其宏观硬度58～62HRC左右，无预热堆焊二层未产生裂纹，说明本发明方法所制备的高铬合金具有较高的韧性，这主要是控制了焊缝热输入量而提高奥氏体数量所致。

相反，对比例1所采用无活性剂的复合粉粒与实施例1仅有活性剂含量的差别，其他组分和堆焊工艺完全相同。由附图3和附图4可知，对比例1所制备的高铬合金组织由铁素体、(Fe,Cr.Mo)₇C₃相和(Fe,Cr)₃C等相组成。对比附图1和附图3可知，对比例所制备的堆焊合金所含脆性共晶(α-Fe+(Fe,Cr)₃C)的体积分数明显要高，而块状初生(Fe,Cr.Mo)₇C₃相偏少，通常初生碳化物对高铬合金的耐磨性起决定性作用，而共晶对合金耐磨性基本无贡献，反而降低堆焊合金的韧性，该共晶组织区域易在磨粒冲击作用下，极易剥落而加大合金磨损量。

对比附图5和附图6所示两种堆焊合金的磨损形貌可知，在相同磨损试验条件下，本发明方法所制备的堆焊合金磨损表面划痕数量较少，犁沟较浅且不少划痕遇到块体相中止，其磨损机制主要为磨粒的微观切削，同时显微剥落坑浅且小。对比例1所示无活性剂复合粉粒所制备的堆焊合金磨损表面划痕较多，犁沟较深且划痕较为连贯，剥落坑偏大，其磨损机制主要也是磨粒的微观切削，其磨损失重远高于本发明复合粉粒所制备的堆焊合金，这说明本发明掺杂活性剂的复合粉粒堆焊合金具有较为优良的耐磨性，可用于磨粒磨损工况零部件堆焊耐磨合金层，如混凝土输送管内壁耐磨层。

Claims (7)

1.一种掺杂活性剂的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分的制备工艺步骤而制成粒度5目～15目的复合粉粒；

所述复合粉粒所含粉末组分的重量百分含量分别为：60～70％的含铬量为68～72％、含碳量为8％的高碳铬铁；4～6％的含钛量为25～35％的钛铁；3～5％的含硅量为40～47％的硅铁；2～4％的含碳量不低于98％的鳞片石墨；2～3％的含碳量不低于99％的超微细石墨；2～3％的碳化硼含量99％以上的碳化硼；1～3％的含钼量50％的钼铁；1％～2％碳酸钙含量99％以上的大理石粉；0.5～1％的氟化钙含量98.5％以上的萤石粉；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉。

2.根据权利要求1所述的一种掺杂活性剂的复合粉粒，其特征在于：复合粉粒所含高碳铬铁、钛铁、硅铁、鳞片石墨、碳化硼、钼铁、还原铁粉的粉末组分过60目筛，超微细石墨、大理石粉、萤石粉的粉末组分过300目筛后称量。

3.根据权利要求1所述的一种掺杂活性剂的复合粉粒，其特征在于：向混合粉末中添加的水玻璃为硅酸钠型，波美度30～40，模数3.0～3.3。

4.根据权利要求1所述的一种掺杂活性剂的复合粉粒，其特征在于：以15～20ml硅酸钠型水玻璃/100g混合粉末的方式，将水玻璃添加入混合粉末进行湿混。

5.根据权利要求1所述的一种掺杂活性剂的复合粉粒，其特征在于：复合粉粒在300～400℃低温烧结并保温2～4小时后出炉。

6.一种如权利要求1所述的掺杂活性剂的复合粉粒的应用方法，其特征在于：焊前将复合粉粒预置于焊道，以直径Φ2.5mm的H08A实心焊丝作为电弧载体，采用直流电源反接法进行自保护明弧堆焊，使该复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池，电弧将由大理石粉和萤石粉组成的活性剂带入熔池和弧柱，起净化焊缝金属、改善熔池流动性的作用，并使电弧稳定而持久作用于复合粉粒，获得了填粉率高达0.50～0.56且初生(Fe,Cr,Mo)₇C₃相的体积分数高达70～80％的高铬堆焊合金。

7.根据权利要求6所述掺杂活性剂的复合粉粒的应用方法，其特征在于：堆焊电流控制值为400～420A，小车行走速度14～16m/h。

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