CN113070607A - 一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，所述堆焊药芯焊丝由芯部药粉和包裹在芯部药粉外的低碳钢带外皮制备而成，所述芯部药粉由碳化硼，铌铁，镍粉，电解锰，75#硅铁，钛铁，萤石，硅灰石，金红石，铝镁合金，钾长石，钛酸钾，混合稀土钇，氧化铋及原铁粉混合而成。本发明药芯焊丝堆焊熔敷金属兼顾优良的抗磨粒磨损性能和抗冲击性能，可解决高碳高铬合金耐磨堆焊层开裂严重、抗冲击性能差、在工程应用中经常产生剥落问题，同时通过合理调整配方各物料的配比，改善焊接工艺性能，使得焊接飞溅小、焊道成型好，拓展耐磨堆焊药芯焊丝的应用领域。

Description

一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝。
背景技术
工业领域的金属零部件因磨损造成的经济损失非常巨大，采用耐磨堆焊药芯焊丝对金属零部件进行表面堆焊增材制造、旧品的再制造以及焊接修复，可大大提高耐磨工件的使用寿命并可循环再利用，同时具有生产效率高的特点，可有效地避免因金属零部件使用寿命短而报废造成的经济损失，在建设绿色工业、资源节约型、环境友好型社会以及发展循环经济中发挥着重要作用。
目前抗强磨粒磨损耐磨堆焊材料，普遍采用的是含Cr型的堆焊金属，应用的主要焊材形式为堆焊药芯焊丝，应用最多的是高碳高铬合金，其耐磨机理是通过堆焊金属产生大量的Cr7C3、Cr23C6、Cr3C2等Cr的碳化物及其复合化合物来提高耐磨性，其中主要含量是Cr7C3，由于高碳高铬合金一次碳化物组织粗大，带来的问题是耐磨堆焊层开裂严重、抗冲击性能差、在工程应用经常产生剥落，造成一些工况场合无法应用，其他含碳、铬较低的药芯焊丝堆焊金属主要靠产生马氏体或亚共晶组织提高耐磨性，抗冲击性能虽有所提高，但抗磨粒磨损性能差。
发明内容
鉴于上述技术不足，本发明提供一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，通过在药芯焊丝粉芯中加入Nb、Ni、B、Ti等合金元素形成化合物，降低碳的含量，使得堆焊金属基体组织得到强化外，其化合物相具有更高的抗磨粒磨损性能，同时抗冲击性能得到改善，提高工件表面的抗耐磨使用寿命。此外，通过焊丝药芯中矿物质及化工原料等保护渣含量配比的调整，改善焊接工艺性能，使得焊接飞溅小、焊道成型好，拓展耐磨堆焊药芯焊丝的应用领域。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，药芯焊丝由钢带外皮和芯部药粉组成，钢带外皮采用低碳钢带。所述的芯部药粉中各组分的质量百分比为：碳化硼17％-26％，铌铁22％-43％，镍粉5.0％-9.5％，电解锰3.4％-4.8％，75#硅铁0.6％-3.0％，钛铁1.8％-5.3％，萤石4.0％-5.0％，硅灰石2.0％-3.0％，金红石3.0％-4.0％，铝镁合金0.5％-1.0％，钾长石1.0％-1.5％，钛酸钾0.5％-1.0％，混合稀土钇0.1％～1％，氧化铋0.1％-0.5％，余量为还原铁粉。
进一步的，芯部药粉中各组分的最佳配比是：碳化硼24.5％，铌铁39.0％，镍粉8.5％，电解锰4.8％，75#硅铁3.0％，钛铁5.2％，萤石4.3％，硅灰石2.0％，金红石3.5％，铝镁合金0.85％，钾长石1.30％，钛酸钾0.85％，混合稀土钇(RE)0.18％，氧化铋0.22％，余量为还原铁粉。
进一步的，所述药芯焊丝直径为1.2mm-2.6mm，优选1.6mmmm。
进一步的，所述药芯焊丝的填充率为18％-28％。
进一步的，所述药芯焊丝采用CO2气体保护焊或(10％-25％)Ar+(75％-90％)CO2混合气体保护焊工艺焊接。
进一步的，所述药芯焊丝堆焊熔敷金属硬度HRC60-69.
进一步的，所述药芯焊丝典型堆焊熔敷金属金相组织为条Fe2B初生相+块状NbC析出相+Fe-C化合物为主，夹杂B-C、Fe-B、Ti-C化合物组成的絮状共晶组织，见附图1，2所示。
上述的一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝的制备步骤如下：
先将上述药芯粉料中的萤石、硅灰石、钾长石分别过筛，100目通过率100％，其余药粉过筛60目通过率为100％，然后将各组分的粉末按比例配粉混合，放入混粉机内混合40分钟，再通过成型机的送粉器将混合粉末加入低碳钢带的U形槽中，通过成型机的轧辊将U型槽轧制闭合形成O型，将药粉包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，最终将直径拉拔至1.2mm-2.6mm，制成本发明的药芯焊丝。
本发明技术效果及各原料组分的作用如下：
1.采用CO2气体保护焊或(10％-25％)Ar+(75％-90％)CO2混合气体保护焊获得的典型堆焊熔敷金属金相组织为条Fe2B初生相+块状NbC析出相+Fe-C化合物为主夹杂B-C、Fe-B、Ti-C化合物组成的絮状共晶组织，见附图1，2所示。
2.熔敷金属中的Fe2B相的硬度高、耐磨性好，经复合化合的Fe2B相较Cr7C3更加细密，镶嵌在熔覆金属的基体中有着骨架的作用，是该合金具有优良耐磨性的基础。
3.堆焊金属中的NbC相具有更高的硬度和耐磨性，弥散分布在熔敷金属中并与Fe2B组织镶嵌结合，阻碍Fe2B相的长大，使熔敷金属表现出更的高耐磨及良好的抗剥离性能。
4.钛在堆焊金属中形成的碳化物除本身具有高耐磨性外，由于其形核温度高也促进NbC弥散分布，进一步改善和细化晶粒，提高堆焊金属的抗冲击性能。
5.镍对堆焊层基体起固溶强化作用，提高堆焊层基体的抗冲击韧性和粘结强度，降低堆焊层的脆性。
6.稀土元素具有细化硬质相、净化堆焊金属和变质作用，进而提高堆焊合金的综合性能。
7.由萤石，硅灰石，金红石，钾长石，钛酸钾等形成的CaF2-SiO2-CaO-TiO2渣系，其熔点、液态表面张力、流动性适中，造气造渣比例合理，能确保焊道的成型和保护效果。
8.由于焊接时弧柱中有钾长石和钛酸钾的K+离子的存在，使电弧电离电位降低，电弧燃烧稳定，减小焊接飞溅。
9.铝镁合金是优良的脱氧剂，保护焊接电弧和熔池不被氧化。
10.氧化铋是用于氧化反应的一种效果好的钝化剂，起到改善脱渣的作用。
本发明的一种无铬型耐磨堆焊药芯焊丝，可在钢铁工件表面及待修复工件上进行堆焊，创新核心在于给出了药芯的各组分的质量百分比及用量，并优化各组分用量的合理范围，是多种物质协同作用、相互支撑的结果，并非其中一种物质的加入起到了关键作用。
附图说明
图1为采用实施例3的药芯焊丝堆焊熔敷金属的金相组织照片，放大倍数标尺为100μm；
图2为采用实施例3的药芯焊丝堆焊熔敷金属的金相组织照片，放大倍数标尺为20μm；
图3为采用实施例3的药芯焊丝堆焊层冲击后的表面状态。
具体实施方式
实施例1：一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，药芯焊丝直径为1.6mm,药芯焊丝填充率为21％，药粉中各组分的质量百分比为：碳化硼17％，铌铁22.5％，镍粉5.2％，电解锰3.5％，75#硅铁2.0％，钛铁1.8％，萤石4.7％，硅灰石2.4％，金红石3.8％，铝镁合金0.95％，钾长石1.45％，钛酸钾0.95％，混合稀土钇(RE)0.20％，氧化铋0.24％，余量为还原铁粉。
先将上述药芯粉料中的萤石、硅灰石、钾长石分别过筛100目通过率100％，其余药粉过筛60目通过率为100％，然后将各组分的粉末按比例配粉混合，放入混粉机内混合40分钟，再通过成型机的送粉器将混合粉末加入低碳钢带的U形槽中，通过成型机的轧辊将U型槽轧制闭合形成O型，将药粉包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，最终将直径拉拔至1.6mm，制成本发明的药芯焊丝。
实施例2：其它与实施例1相同，不同之处在于药芯焊丝填充率为22％，药粉中各组分的质量百分比为：碳化硼19.5％，铌铁32.5％，镍粉6.8％，电解锰4.0％，75#硅铁2.3％，钛铁2.7％，萤石4.5％，硅灰石2.3％，金红石3.6％，铝镁合金0.91％，钾长石1.35％，钛酸钾0.90％，混合稀土钇(RE)0.19％，氧化铋0.23％，余量为还原铁粉。
实施例3：其它与实施例1相同，不同之处在于药芯焊丝填充率为23％，药粉中各组分的质量百分比为：碳化硼24.5％，铌铁39.0％，镍粉8.5％，电解锰4.8％，75#硅铁3.0％，钛铁5.2％，萤石4.3％，硅灰石2.0％，金红石3.5％，铝镁合金0.85％，钾长石1.30％，钛酸钾0.85％，混合稀土钇(RE)0.18％，氧化铋0.22％，余量为还原铁粉。
实施例4：其它与实施例1相同，不同之处在于药芯焊丝填充率为24％，药粉中各组分的质量百分比为：碳化硼25.8％，铌铁42.4％，镍粉9.2％，电解锰4.7％，75#硅铁0.6％，钛铁4.8％，萤石4.0％，硅灰石2.0％，金红石3.3％，铝镁合金0.82％，钾长石1.20％，钛酸钾0.82％，混合稀土钇(RE)0.17％，氧化铋0.21％。
试验一：实施例1-4堆焊工艺参数及对应的堆焊熔敷金属硬度值见表1。
表1实施例1-4堆焊工艺参数及对应堆焊熔敷金属硬度值
Figure BDA0002975014530000041
试验二：对实施例3的药芯焊丝按照试验一焊接参数堆焊，获得的堆焊熔敷金属金相组织照片如图1，2所示。
试验三：对实施例3的药芯焊丝按照试验一焊接参数堆焊，获得的堆焊熔敷金属磨粒磨损试验参数和试验结果见表2所示。
表2实施例3的堆焊熔敷金属磨粒磨损试验参数和试验结果
Figure BDA0002975014530000042
Figure BDA0002975014530000051
试验四：对实施例3的药芯焊丝按照试验一焊接参数堆焊，其非标准堆焊金属抗剥落锤击试验参数和试验结果见表3和图3所示。
表3实施例3的非标准堆焊金属抗剥落锤击试验参数和试验结果
Figure BDA0002975014530000052

Claims (7)

1.一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，该焊丝由钢带外皮和芯部药粉组成，钢带外皮采用低碳钢带，其特征在于芯部药粉中各组分的质量百分比为：碳化硼17％-26％，铌铁22％-43％，镍粉5.0％-9.5％，电解锰3.4％-4.8％，75#硅铁0.6％-3.0％，钛铁1.8％-5.3％，萤石4.0％-5.0％，硅灰石2.0％-3.0％，金红石3.0％-4.0％，铝镁合金0.5％-1.0％，钾长石1.0％-1.5％，钛酸钾0.5％-1.0％，混合稀土钇0.1～1％，氧化铋0.1％-0.5％，余量为还原铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，其特征在于芯部药粉中各组分的最佳配比是：碳化硼24.5％，铌铁39.0％，镍粉8.5％，电解锰4.8％，75#硅铁3.0％，钛铁5.2％，萤石4.3％，硅灰石2.0％，金红石3.5％，铝镁合金0.85％，钾长石1.30％，钛酸钾0.85％，混合稀土钇0.18％，氧化铋0.22％，余量为还原铁粉。
3.根据权利要求1所述的一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝直径为1.2mm-2.6mm，优选1.6mmmm。
4.根据权利要求1所述的一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的填充率为18％-28％。
5.根据权利要求1所述的一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝采用CO2气体保护焊或(10％-25％)Ar+(75％-90％)CO2混合气体保护焊工艺焊接。
6.根据权利要求1-5所述的一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝堆焊熔敷金属硬度HRC60-69。
7.根据权利要求1-6所述的一种无铬型高耐磨抗冲击堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝典型堆焊熔敷金属金相组织为条Fe2B初生相+块状NbC析出相+Fe-C化合物为主，夹杂B-C、Fe-B、Ti-C化合物组成的絮状共晶组织，见附图1，2所示。
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