CN113878262B - 高硼铁基合金耐磨焊丝及其使用方法 - Google Patents

高硼铁基合金耐磨焊丝及其使用方法 Download PDF

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Abstract

高硼铁基合金耐磨焊丝及其使用方法，属于耐磨材料技术领域。耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成，而粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉、130～150目钨铁粉、100～120目钼铁粉、30～40目钒铁粉、5～10目铝粉、20～35目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉、130～150目铌铁粉组成。焊丝经激光熔覆后，获得的熔覆层，硬度高，强韧性好，具有优异的耐磨性。

Description

高硼铁基合金耐磨焊丝及其使用方法
技术领域
本发明公开了一种耐磨焊丝及其使用方法，特别涉及一种高硼铁基合金耐磨焊丝及其使用方法，属于耐磨材料技术领域。
背景技术
在冶金、机械、电力、建材、矿山及石油化工等行业中，大量使用各种大型特种耐磨部件，如冶金轧辊、轧钢导卫、破碎机辊筒、衬板、磨煤机辊套、料斗、立磨磨辊及磨盘等，上述磨损部件的大量消耗，造成了资源和能源的巨大浪费。如果在磨损部件表面，涂覆高硬度耐磨涂层，不仅可以延长磨损部件的使用寿命，还可实现磨损部件的再制造，具有优异的节能环保效果，也有望为我国实现双碳目标发挥积极的作用。其中，耐磨堆焊作为材料表面改性的一种经济而快捷的工艺方法，能有效改变材料表面耐磨性，对提高产品性能、延长磨损部件寿命、降低成本有显著的效果。耐磨堆焊技术主要是采用耐磨焊丝在工件表面进行堆焊，从而实现在磨损部件的表面覆盖耐磨层，以延长使用寿命。
为了提高耐磨堆焊层的性能，开发新型耐磨焊丝是重要举措，中国发明专利CN113523645A公开了一种耐磨焊丝及其制备方法，其包含的组分及其重量百分比为：碳：3.00％-8.00％；铬：25.00％-35.00％；镍：0.30％-0.80％；钼：0.80％-1.20％；硅：1.40％-3.50％；锰：2.50％-3.00％；硼：0.60％-1.50％；钛：1.80％-2.30％；磷：0.05％-0.30％；余量为铁，该发明制备的耐磨焊丝，通过氢气对粉末状铁进行高温还原处理，使得铁粉去磁，然后在氮气氛围下进行混料，铁粉不易被氧化，最终铁粉分散性好，产品的质量不受影响。中国发明专利CN 111112876A还公开了一种药芯焊丝，其特征在于：包括外皮及填充在外皮内的药芯；药芯组分按重量百分比包括：铬4.5-6.5％,钼1.2-1.8％,镍0.8-1.0％,铌3.5-4.5％,锰1.5-2.0％,钛0.5-0.8％,硅1.5-2.0％,其余为铁和不可避免的杂质；所述药芯焊丝配合HJ107焊剂应用。应用该药芯焊丝的焊接方法，采用埋弧堆焊工艺，焊接电压30-34V，焊接电流280-350A，焊速500-650mm/分钟。中国发明专利CN 110977248A还公开了耐磨药芯组合物、耐磨焊丝及其制备方法与应用。所述耐磨药芯组合物包括耐磨材料和余量的填充材料；所述耐磨材料占所述耐磨药芯组合物的0.6wt.％～10wt.％；所述耐磨材料包括金刚石颗粒；所述填充材料包括过渡金属氧化物粉末和镍基合金粉末；所述过渡金属氧化物粉末占所述填充材料的12wt.％～65wt.％。所述耐磨药芯组合物以金刚石颗粒为耐磨增强材料，在用于焊接或钎涂时形成耐磨涂层；以过渡金属氧化物用作填充材料，有利于降低金刚石的热损伤，提高其钎焊活性，同时降低熔覆金属的线膨胀系数。中国发明专利CN110722287A还公开了一种橡塑机械密炼机动静环用合金耐磨焊丝，其由不锈钢带包裹粉剂构成。该发明还公开了一种橡塑机械密炼机动静环用合金耐磨焊丝的制备方法。与现有技术相比，该发明提供一种橡塑机械密炼机动静环用合金耐磨焊丝，其采用不锈钢带为基体，粉剂加入镍、钒、硼、硅、钼和钨等元素，大幅提高了产品的综合性能，同时，不锈钢带本身铬和镍的含量较高，粉剂中不需要填充大量的铬和镍，从而节省了焊丝的内部空间，用于填充其他的合金元素，解决了焊丝其他合金元素填充量不足的问题；该发明提供的一种橡塑机械密炼机动静环用合金耐磨焊丝的制备方法，其能够高效地完成焊丝的制造，其所采用的拌粉机，能够对粉剂进行高效、充分和均匀的搅拌，从而有效提升焊丝的成品品质。中国发明专利CN 110052738A还公开了一种新型采煤机用耐磨焊丝，由以下质量百分数的成分组成：C小于0.7％、Si0.35％～1.3％、Mn0.8％～1.5％、P小于0.02％、S小于0.03％、Cr3.5％～8.0％，Mo1.2％～3.0％，V0.3％～0.6％，W0.3％～1.8％，余量为Fe；该发明还公开了一种耐磨焊丝的使用方法，用于手工气体保护堆焊或焊接专机的自动化焊接。该发明的耐磨焊丝的焊接性能佳，焊接形成的耐磨层硬度高，避免了采煤机在使用过程中因产生裂纹出现耐磨层掉块或磨损导轨现象，解决了采煤机对磨粒磨损和金属磨损问题。该发明的耐磨焊丝焊接效率高，焊接质量好，减少了工作难度和强度，适宜推广。
中国发明专利CN 109483086A还公开了一种耐磨焊丝的药芯，该耐磨焊丝的药芯由以下重量份数的原料组成：纳米TiO2颗粒4-8份、钎剂0.5-2份、硅铁2-10份、石墨11-19份、高碳锰铁8-15份、钼铁10-20份、氮化硼3-6份、锰硅合金4-8份、金属铬8-12份、四氧化三铁0.2-0.8份、碳化钨0.2-0.8份、铝粉0.1-0.5份、碳化硼粉5-10份，金红石4-5份，大理石20-30份，纳米TiO2颗粒为锐钛型纳米级钛白份组成的颗粒物，其为白色份末，晶型为锐钛型，且粒径为15-50微米，氮化硼暗红色晶体，其为闪锌矿结构。该发明的一种耐磨焊丝的药芯在室温及高温环境下都具有高硬度，可减少工件使用温度对材料的限制，扩大硬面材料的使用场合，同时加入的防腐剂能够隔绝空气中水分、氧气等的接触，起到防潮、防锈的效果。中国发明专利CN 108907501A还公开了一种耐磨焊丝，其特征在于，其包含的组分及其重量百分比为：铬：10.00％-40.00％；碳：3.00％-8.00％；锰：0.50％-4.00％；硅：0.40％-3.50％；硼：0.10％-2.50％；钒：0.10％-2.00％；镍：0.05％-0.50％；铌：0.20％-1.00％；钼：0.10％-0.50％；余量为铁。中国发明专利CN 105479039A还公开了一种耐磨焊丝，其特征在于，耐磨焊丝中包含的组分及其重量百分比为：铬：35～40％；石墨：12～15％；硅：1.4～3.5％；锰：1.0～2.2％；硼：0.8～2.0％；钼：0.3～1.2％；镍：0.3～1.0％；铌：0.2～1.0％；钽：0.2～0.8％；钛：0.2～0.8％；铝：0.1～0.3％；镁：0.1～0.3％；铼：0.1～0.3％；铜：0.1～0.3％；锆：0.1～0.3％；铁：余量；所述耐磨焊丝的制备方法为：A、配料：将各组分按上述重量份配比，各组分均为粉末状，颗粒度≤60目，并且水份≤1％；B、混料：将粉末状的材料加入混粉机内进行搅拌混合，搅拌时间不低于90分钟；C、抽检成分：对搅拌完成的混合物进行抽检，要求其中各组分的含量符合上述重量份配比；D、轧丝；E、成型；F、拉丝；G、成品；H、包装。
为了进一步提高耐磨焊丝的耐磨性能，中国发明专利CN 113042934A公开了一种高纯度、高致密度的钴基耐磨焊丝的制备方法，工艺包括：真空感应熔炼→真空重熔→水平连铸→定尺切割→区域熔炼→磨削光亮化→清洗、烘干；其特征在于，具体步骤及控制的技术参数如下：步骤一、真空感应熔炼：将合金元素Si加入到料斗中，将除Si以外的合金元素加入到坩埚中，然后对真空感应熔炼炉进行抽真空处理，待炉内压力降至0.2～0.5Pa，利用感应线圈加热物料，待物料全部熔化后，精炼15min后停电10min，接着将料斗中的Si加入到坩埚中，向真空感应炉充入氩气至炉内压力为0.08～0.09MPa为止，之后继续利用感应线圈加热物料5～10min，之后调整温度精炼2～5min后停止加热，最后将坩埚内的熔融物浇铸到铸模中，冷却后脱模，得到Φ60～80mm的铸棒；步骤二、真空重熔：将步骤一所述的铸棒切块后加入到坩埚中，然后将直径为1～5mm的结晶器与冷却水系统、耐高温的氮化硼分离环相连，然后将结晶器与坩埚下端的出钢口紧密连接，另外，将引锭杆与分离环紧密相连；接着对20kg小型真空感应炉进行抽真空处理，待炉内压力降至2～5Pa后，打开冷却水系统，利用感应线圈加热物料，待物料熔融后停止加热，向真空感应炉充入氩气至炉内压力为0.05～0.07MPa为止，之后继续利用感应线圈加热物料直至完全融化，得到合金熔液；步骤三、水平连铸：打开电磁继电器，设置好相应的拉坯工艺参数开始拉坯，拉坯速度为0.1～100mm/min，拉坯过程中通过向真空感应炉充入氩气使内部压力始终维持在0.05～0.07MPa；步骤四、定尺切割：利用定尺切割机对步骤三得到的直径为1～5mm的线坯定尺切割为长度200～600mm长；步骤五、区域熔炼：将步骤四得到的200～600mm长的线坯装入区域熔炼炉中进行区域熔炼，利用真空泵对其抽真空至压力为2～8Pa，通过移动感应线圈加热线坯，利用杂质在固液相的浓度差，使杂质向线坯端部移动，从而达到提纯、消除内部缺陷的效果；其中区熔温度为1400～1600℃，区熔速度为0.5～100mm/min，区熔次数为1～10次；步骤六、磨削光亮化：将步骤五得到的焊丝在无心磨床进行磨削，每道次径向减径量为0.05～0.2mm，消除表面缺陷，使焊丝光亮化；步骤七、清洗、烘干：将步骤六得到的磨削光亮化后的焊丝进行超声波清洗、烘干，得到焊丝成品。中国发明专利CN 109530963A还公开了一种超强耐磨焊丝，所述超强耐磨焊丝的焊粉坯由基体金属和增强相组成，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：40～70％、Ni：10％～20％、Mn：10％～20％，其余为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒。采用所述耐磨焊丝堆焊的耐磨层，具备优秀的耐磨性能，且耐腐蚀、韧性高、耐冲击性能良好，与母体结合良好不易剥落，质量稳定。该发明提供的超强耐磨焊丝在增材制造方面具有非常大的优势。中国发明专利CN 103861686A还公开了一种具有仿生耐磨复合涂层的磨辊及制备工艺。仿生耐磨复合涂层由仿生耐磨复合涂层和具有韧性的芯部材料复合而成，仿生耐磨复合涂层由仿生强化层、耐磨层、过渡层组成。仿生强化层由含有20～27％Cr，3.5～5.5％C，5％～7％Nb，0.3～1.0％Si，0.5～1.3％Mn，0.3～0.9％B，0.12～0.3％Ti，0.05～0.20Ce，0.02～0.10La，余量为Fe的铌高铬铸铁耐磨焊丝堆焊而成；仿生磨辊过渡层是由含有14～17Cr％,9～15％Mn,0.7～1.5％C,1～2.3％Si,2～5Ni％，0.014％P，余量为Fe的高铬奥氏体焊接材料堆焊而成。
但是，采用上述耐磨焊丝堆焊而成的金属耐磨堆焊层，尽管室温硬度较高，但堆焊层脆性大，堆焊层韧性低，在高应力磨损条件下极易开裂剥落，且高温性能差，高温环境下硬度明显下降，高温耐磨性显著降低。
发明内容
本发明针对常用耐磨焊丝存在的上述不足，提出改进耐磨焊丝中各种元素加入量，并改进焊丝使用方法，实现金属耐磨堆焊层保持高硬度基础上，具有细小的微观组织和优异的强韧性及耐磨性，使得室温环境和高温环境下硬度明显上升，耐磨性显著提高。
高硼铁基合金耐磨焊丝具体制备工艺步骤及其使用方法如下：
(1)耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成，而粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉、130～150目钨铁粉、100～120目钼铁粉、30～40目钒铁粉、5～10目铝粉、20～35目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉、130～150目铌铁粉组成；SiC粉加入质量分数5-6％、B4C粉加入质量分数6.5-7.5％、Cr3C2粉加入质量分数12-13％、钛铁粉加入质量分数10-12％、钨铁粉加入质量分数18-20％、钼铁粉加入质量分数15-16％、钒铁粉10.0-11.5％、铝粉加入质量分数4.0-4.5％、Ce2O3粉加入质量分数2.5-3.0％、镍粉加入质量分数3.0-3.5％、硅钙钡合金粉加入质量分数0.6～0.8％、铌铁粉加入质量分数8-10％，各种粉芯材料粉的总质量分数为100％；粉芯材料占焊丝总质量分数的39-41％；
(2)将步骤(1)中的各种粉芯材料粉，加入混粉机内进行搅拌混合，搅拌时间100-120分钟，搅拌均匀后，将其放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的低碳钢薄钢带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形；继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至
Figure BDA0003345917340000051
再在药芯焊丝成形机上的拉丝机上经过减径拔模将其拉拔减径至
Figure BDA0003345917340000052
得到高硼铁基合金耐磨焊丝。
本发明高硼铁基合金耐磨焊丝的使用方法如下：
将上述高硼铁基合金耐磨焊丝，在工件表面进行激光熔覆获得耐磨熔覆层；熔覆工艺参数是：焊丝和工件的距离为3-4mm，送丝速度为8-12mm/s，激光功率为3000-3500W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15-18L/min，激光扫描速度为15-18mm/s，道与道之间的搭接率为15-18％，耐磨熔覆层厚度5-15mm。
如上所述钛铁粉的化学组成及质量分数为：29.38-31.55％Ti,≤8.0％Al,≤4.5％Si,≤0.10％C,≤0.05％P,≤2.5％Mn,≤0.03％S,余量为Fe。
如上所述硅钙钡合金粉的化学组成及质量分数为：45.17-48.04％Si,17.51-19.38％Ca,10.44-12.18％Ba,6.35-7.26％Al,<0.4％C,<0.3％P,<0.02％S,余量为Fe及其它不可避免的杂质。
如上所述钒铁粉的化学组成及质量分数为：50.27-53.18％V,≤2％Si,≤0.05％P,≤0.05％S,余量Fe。
如上所述钨铁粉的化学组成及质量分数为：79.44-82.07％,≤0.20％C,≤0.04％P,≤0.08％S,≤0.7％Si,≤0.25％Mn,余量Fe。
如上所述钼铁粉的化学组成及质量分数为：68.94-71.73％Mo,<1.5％Si,<0.1％C,<0.05％P,<0.10％S,<0.5％Cu,余量Fe。
如上所述铌铁粉的化学组成及质量分数为：70.26-72.19％Nb,<0.3％Ta,<3.8％Al,<1.0％Si,<0.03％C,<0.03％S,<0.04％P,<0.3％W,<0.8％Mn,余量Fe。
本发明高硼铁基合金耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成，而粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉、130～150目钨铁粉、100～120目钼铁粉、30～40目钒铁粉、5～10目铝粉、20～35目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉、130～150目铌铁粉组成。其中，SiC粉和B4C粉的尺寸不能太小。加入SiC粉和B4C粉的主要目的，除了在熔覆层中实现硼、硅合金化外，通过控制激光熔覆工艺参数，使熔覆层中保留适量的SiC相和B4C相，其中SiC的显微硬度为2840～3320kg/mm2，熔点2700℃；B4C的莫氏硬度9.46，显微硬度5600—6200Kg/mm2，熔点2250℃。熔覆层中保留适量的SiC相和B4C相，可以显著提高熔覆层硬度和耐磨性。SiC粉和B4C粉的尺寸不能过小，SiC和B4C在激光照射下，会全部熔化，凝固后很难获得高硬度的SiC相和B4C相。钒铁和钛铁熔点低，易熔化，因此，钒铁和钛铁的粉末粒径不宜过小，否则易氧化，控制在30～40目效果最好。钨铁、铌铁和钼铁熔点高，粒径不能太大，否则很难快速熔化，特别是钨铁和铌铁的熔点过高，钨铁和铌铁的粒径控制在130～150目，效果最好。
本发明耐磨焊丝中，SiC粉加入质量分数5-6％、B4C粉加入质量分数6.5-7.5％、Cr3C2粉加入质量分数12-13％、钛铁粉加入质量分数10-12％、钨铁粉加入质量分数18-20％、钼铁粉加入质量分数15-16％、钒铁粉10.0-11.5％、铝粉加入质量分数4.0-4.5％、Ce2O3粉加入质量分数2.5-3.0％、镍粉加入质量分数3.0-3.5％、硅钙钡合金粉加入质量分数0.6～0.8％、铌铁粉加入质量分数8-10％，各种粉芯材料粉的总质量分数为100％；粉芯材料占焊丝总质量分数的39-41％。加入质量分数5-6％的SiC粉、质量分数6.5-7.5％的B4C粉，除了在熔覆层中保留适量的SiC相和B4C相外，B可以与Cr,W,Mo等元素化合生成高温稳定性好，硬度高的抗磨硬质相M2B(M＝Cr,W,Mo)，有利于提高熔覆涂层耐磨性。部分B固溶于基体，提高基体强度和硬度。SiC熔化后的硅元素可以改善熔覆层表面质量，部分硅固溶于基体，可以提高熔覆涂层的强度和高温稳定性。加入质量分数2.5-3.0％的Ce2O3粉，可以提高熔覆层表面质量，防止激光熔覆层表面开裂。2.5-3.0％的Ce2O3粉和0.6～0.8％的硅钙钡合金粉的加入，可以显著细化熔覆层组织，提高熔覆层强韧性。加入质量分数4.0-4.5％的铝粉，可以改善熔覆层中硼化物的形态，使其由连续的网状分布变成孤立分布，有利于提高熔覆层强韧性。加入质量分数10-12％的钛铁粉、10.0-11.5％的钒铁粉和8-10％的铌铁粉，在激光熔覆层中，可以生成高硬度且孤立分布的(Ti,Nb,V)C，提高熔覆层耐磨性。加入质量分数18-20％的钨铁粉和15-16％的钼铁粉，可以提高熔覆层的高温稳定性，有利于提高熔覆层的高温耐磨性。加入质量分数3.0-3.5％的镍粉，Ni是非碳化物、硼化物生成元素，固溶于基体，提高基体塑性，确保熔覆层使用中不发生开裂和剥落。
本发明将各种粉芯材料粉，加入混粉机内进行搅拌混合，搅拌时间100-120分钟，使其搅拌均匀，然后将其放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的低碳钢薄钢带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形；继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至
Figure BDA0003345917340000071
再在药芯焊丝成形机上的拉丝机上经过减径拔模将其拉拔减径至
Figure BDA0003345917340000072
得到本发明高硼铁基合金耐磨焊丝。为了发挥本发明焊丝耐磨性和高温稳定好的优势，需要有特定的熔覆成形工艺。本发明高硼铁基合金耐磨焊丝，在工件表面进行激光熔覆获得耐磨熔覆层，其熔覆工艺参数是：焊丝和工件的距离为3-4mm，送丝速度为8-12mm/s，激光功率为3000-3500W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15-18L/min，激光扫描速度为15-18mm/s，道与道之间的搭接率为15-18％，耐磨熔覆层厚度5-15mm。获得的耐磨熔覆层硬度高，强韧性好，高温稳定性好，具有优异的耐磨性，特别具有良好的高温耐磨性。
本发明与现有技术相比，具有以下优势：
1)本发明焊丝经激光熔覆后，熔覆层硬度高，大于65HRC，抗拉强度超过750MPa，冲击韧性大于18J/cm2，具有优异的强韧性；
2)本发明焊丝经激光熔覆后，熔覆层红硬性好，600℃后的红硬性大于58HRC；
3)本发明焊丝经激光熔覆后，熔覆层具有优异的室温耐磨性和高温耐磨性，在MM200环块磨损试验机上进行室温磨损试验，相同磨损试验条件下，其耐磨性比Cr26高铬铸铁提高6-8倍；在MU-5GA微机控制真空高温摩擦磨损试验机上进行高温磨损试验，相同磨损试验条件下，其耐磨性比M2高速钢提高2.5-3倍，具有优异的耐磨性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
一种高硼铁基合金耐磨焊丝，其特征在于耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成，具体制备工艺步骤及其使用方法如下：
①耐磨焊丝由外皮Q235低碳钢带和粉芯材料两部分组成，而粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉(所述钛铁粉的化学组成及质量分数为：31.55％Ti,4.98％Al,2.59％Si,0.06％C,0.028％P,2.04％Mn,0.018％S,余量为Fe)、130～150目钨铁粉(所述钨铁粉的化学组成及质量分数为：79.44％,0.11％C,0.025％P,0.055％S,0.49％Si,0.21％Mn,余量Fe)、100～120目钼铁粉(所述钼铁粉的化学组成及质量分数为：71.73％Mo,1.28％Si,0.06％C,0.029％P,0.063％S,0.29％Cu,余量Fe)、30～40目钒铁粉(所述钒铁粉的化学组成及质量分数为：50.27％V,1.25％Si,0.030％P,0.027％S,余量Fe)、5～10目铝粉、20～35目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉(所述硅钙钡合金粉的化学组成及质量分数为：48.04％Si,17.51％Ca,12.18％Ba,6.35％Al,0.17％C,0.11％P,0.009％S,余量为Fe及其它不可避免的杂质)、130～150目铌铁粉(所述铌铁粉的化学组成及质量分数为：72.19％Nb,0.19％Ta,3.15％Al,0.62％Si,0.018％C,0.029％S,0.032％P,0.16％W,0.49％Mn,余量Fe)组成；SiC粉加入质量分数5％、B4C粉加入质量分数7.5％、Cr3C2粉加入质量分数12％、钛铁粉加入质量分数12％、钨铁粉加入质量分数18.2％、钼铁粉加入质量分数15％、钒铁粉11.5％、铝粉加入质量分数4.0％、Ce2O3粉加入质量分数3.0％、镍粉加入质量分数3.0％、硅钙钡合金粉加入质量分数0.8％、铌铁粉加入质量分数8％，各种粉芯材料粉的总质量分数为100％；粉芯材料占焊丝总质量分数的39％；
②将步骤①中的各种粉芯材料粉，加入混粉机内进行搅拌混合，搅拌时间110分钟；搅拌均匀后，将其放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的Q235低碳钢薄钢带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形；继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至
Figure BDA0003345917340000091
再在药芯焊丝成形机上的拉丝机上经过减径拔模将其拉拔减径至
Figure BDA0003345917340000092
得到本发明高硼铁基合金耐磨焊丝；
③将步骤②获得的高硼铁基合金耐磨焊丝，在42CrMo中碳低合金钢工件表面进行激光熔覆获得耐磨熔覆层；熔覆工艺参数是：焊丝和工件的距离为3.5mm，送丝速度为10mm/s，激光功率为3200W，采用氩气保护，保护气氩气流量为16L/min，激光扫描速度为16mm/s，道与道之间的搭接率为16％，耐磨熔覆层厚度10mm，耐磨熔覆层的力学性能见表1。
实施例2：
一种高硼铁基合金耐磨焊丝，其特征在于耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成，具体制备工艺步骤及其使用方法如下：
①耐磨焊丝由外皮Q235低碳钢带和粉芯材料两部分组成，而粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉(所述钛铁粉的化学组成及质量分数为：30.67％Ti,6.99％Al,4.07％Si,0.08％C,0.033％P,1.26％Mn,0.021％S,余量为Fe)、130～150目钨铁粉(所述钨铁粉的化学组成及质量分数为：81.18％,0.13％C,0.027％P,0.062％S,0.53％Si,0.21％Mn,余量Fe)、100～120目钼铁粉(所述钼铁粉的化学组成及质量分数为：70.50％Mo,1.18％Si,0.06％C,0.025％P,0.072％S,0.23％Cu,余量Fe)、30～40目钒铁粉(所述钒铁粉的化学组成及质量分数为：51.24％V,1.18％Si,0.039％P,0.024％S,余量Fe)、5～10目铝粉、20～35目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉(所述硅钙钡合金粉的化学组成及质量分数为：46.87％Si,18.05％Ca,11.24％Ba,6.93％Al,0.24％C,0.15％P,0.007％S,余量为Fe及其它不可避免的杂质)、130～150目铌铁粉(所述铌铁粉的化学组成及质量分数为：71.24％Nb,0.25％Ta,1.97％Al,0.37％Si,0.024％C,0.021％S,0.030％P,0.14％W,0.65％Mn,余量Fe)组成；SiC粉加入质量分数5.9％、B4C粉加入质量分数6.5％、Cr3C2粉加入质量分数13％、钛铁粉加入质量分数10％、钨铁粉加入质量分数19％、钼铁粉加入质量分数16％、钒铁粉10.0％、铝粉加入质量分数4.5％、Ce2O3粉加入质量分数2.5％、镍粉加入质量分数3.5％、硅钙钡合金粉加入质量分数0.6％、铌铁粉加入质量分数8.5％，各种粉芯材料粉的总质量分数为100％；粉芯材料占焊丝总质量分数的41％；
②将步骤①中的各种粉芯材料粉，加入混粉机内进行搅拌混合，搅拌时间100分钟；搅拌均匀后，将其放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的Q235低碳钢薄钢带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形；继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至
Figure BDA0003345917340000101
再在药芯焊丝成形机上的拉丝机上经过减径拔模将其拉拔减径至
Figure BDA0003345917340000102
得到本发明高硼铁基合金耐磨焊丝；
③将步骤②获得的高硼铁基合金耐磨焊丝，在M2高速钢工件表面进行激光熔覆获得耐磨熔覆层；熔覆工艺参数是：焊丝和工件的距离为3mm，送丝速度为8mm/s，激光功率为3000W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15L/min，激光扫描速度为15mm/s，道与道之间的搭接率为15％，耐磨熔覆层厚度5mm，耐磨熔覆层的力学性能见表1。
实施例3：
一种高硼铁基合金耐磨焊丝，其特征在于耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成，具体制备工艺步骤及其使用方法如下：
①耐磨焊丝由外皮Q235低碳钢带和粉芯材料两部分组成，而粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉(所述钛铁粉的化学组成及质量分数为：29.38％Ti,5.04％Al,2.38％Si,0.07％C,0.038％P,1.29％Mn,0.020％S,余量为Fe)、130～150目钨铁粉(所述钨铁粉的化学组成及质量分数为：82.07％,0.11％C,0.026％P,≤0.039％S,0.55％Si,0.21％Mn,余量Fe)、100～120目钼铁粉(所述钼铁粉的化学组成及质量分数为：68.94％Mo,1.15％Si,0.04％C,0.031％P,0.082％S,0.19％Cu,余量Fe)、30～40目钒铁粉(所述钒铁粉的化学组成及质量分数为：53.18％V,0.14％Si,0.036％P,0.028％S,余量Fe)、5～10目铝粉、20～35目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉(所述硅钙钡合金粉的化学组成及质量分数为：45.17％Si,19.38％Ca,10.44％Ba,7.26％Al,0.28％C,0.12％P,0.009％S,余量为Fe及其它不可避免的杂质)、130～150目铌铁粉(所述铌铁粉的化学组成及质量分数为：70.26％Nb,0.25％Ta,2.38％Al,0.54％Si,0.017％C,0.021％S,0.033％P,0.17％W,0.65％Mn,余量Fe)组成；SiC粉加入质量分数5.5％、B4C粉加入质量分数7.0％、Cr3C2粉加入质量分数12.5％、钛铁粉加入质量分数10.5％、钨铁粉加入质量分数19.5％、钼铁粉加入质量分数15.5％、钒铁粉10.5％、铝粉加入质量分数4.3％、Ce2O3粉加入质量分数2.8％、镍粉加入质量分数3.2％、硅钙钡合金粉加入质量分数0.7％、铌铁粉加入质量分数8％，各种粉芯材料粉的总质量分数为100％；粉芯材料占焊丝总质量分数的40％；
②将步骤①中的各种粉芯材料粉，加入混粉机内进行搅拌混合，搅拌时间120分钟；搅拌均匀后，将其放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的Q235低碳钢薄钢带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形；继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至
Figure BDA0003345917340000113
再在药芯焊丝成形机上的拉丝机上经过减径拔模将其拉拔减径至
Figure BDA0003345917340000112
得到本发明高硼铁基合金耐磨焊丝；
③将步骤②获得的高硼铁基合金耐磨焊丝，在40CrNiMo中碳低合金钢工件表面进行激光熔覆获得耐磨熔覆层；熔覆工艺参数是：焊丝和工件的距离为4mm，送丝速度为12mm/s，激光功率为3500W，采用氩气保护，保护气氩气流量为18L/min，激光扫描速度为18mm/s，道与道之间的搭接率为18％，耐磨熔覆层厚度15mm，耐磨熔覆层的力学性能见表1。
表1耐磨熔覆层力学性能
Figure BDA0003345917340000111
本发明焊丝经激光熔覆后，熔覆层硬度高，大于65HRC，抗拉强度超过750MPa，冲击韧性大于18J/cm2，具有优异的强韧性；熔覆层红硬性好，600℃后的红硬性大于58HRC。本发明焊丝经激光熔覆后，熔覆层具有优异的室温耐磨性和高温耐磨性，在MM200环块磨损试验机上进行室温磨损试验，相同磨损试验条件下，其耐磨性比Cr26高铬铸铁提高6-8倍；在MU-5GA微机控制真空高温摩擦磨损试验机上进行高温磨损试验，相同磨损试验条件下，其耐磨性比M2高速钢提高2.5-3倍，具有优异的耐磨性。用本发明在热轧带钢精轧机轧辊表面进行激光熔覆，熔覆层硬度达到65HRC以上，相同使用条件下，轧辊的毫米过钢量比高镍铬无限冷硬铸铁轧辊提高5倍以上，激光熔覆后的轧辊表面磨损均匀，使用中无开裂、剥落现象出现。本发明为磨损部件的表面强化提供了新途径，促进了磨损部件使用寿命的明显延长，推广应用具有很好的经济和社会效益。

Claims (3)

1.一种高硼铁基合金耐磨焊丝，其特征在于，耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成；粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉、130～150目钨铁粉、100～120目钼铁粉、30～40目钒铁粉、5～10目铝粉、20～35目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉、130～150目铌铁粉组成；SiC粉加入质量分数5-6％、B4C粉加入质量分数6.5-7.5％、Cr3C2粉加入质量分数12-13％、钛铁粉加入质量分数10-12％、钨铁粉加入质量分数18-20％、钼铁粉加入质量分数15-16％、钒铁粉10.0-11.5％、铝粉加入质量分数4.0-4.5％、Ce2O3粉加入质量分数2.5-3.0％、镍粉加入质量分数3.0-3.5％、硅钙钡合金粉加入质量分数0.6～0.8％、铌铁粉加入质量分数8-10％，各种粉芯材料粉的总质量分数为100％；
外皮为低碳钢；
粉芯材料占焊丝总质量分数的39-41％；
钛铁粉的化学组成及质量分数为：29.38-31.55％Ti,≤8.0％Al,≤4.5％Si,≤0.10％C,≤0.05％P,≤2.5％Mn,≤0.03％S,余量为Fe；
硅钙钡合金粉的化学组成及质量分数为：45.17-48.04％Si,17.51-19.38％Ca,10.44-12.18％Ba,6.35-7.26％Al,<0.4％C,<0.3％P,<0.02％S,余量为Fe及其它不可避免的杂质；
钒铁粉的化学组成及质量分数为：50.27-53.18％V,≤2％Si,≤0.05％P,≤0.05％S,余量Fe；
钨铁粉的化学组成及质量分数为：79.44-82.07％,≤0.20％C,≤0.04％P,≤0.08％S,≤0.7％Si,≤0.25％Mn,余量Fe；
钼铁粉的化学组成及质量分数为：68.94-71.73％Mo,<1.5％Si,<0.1％C,<0.05％P,<0.10％S,<0.5％Cu,余量Fe；
铌铁粉的化学组成及质量分数为：70.26-72.19％Nb,<0.3％Ta,<3.8％Al,<1.0％Si,<0.03％C,<0.03％S,<0.04％P,<0.3％W,<0.8％Mn,余量Fe。
2.权利要求1所述的一种高硼铁基合金耐磨焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)耐磨焊丝由外皮低碳钢带和粉芯材料两部分组成，而粉芯材料由25～30目SiC粉、25～30目B4C粉、80～100目Cr3C2粉、30～40目钛铁粉、130～150目钨铁粉、100～120目钼铁粉、30～40目钒铁粉、5～10目铝粉、20～35 目Ce2O3粉、40～100目镍粉、30～40目硅钙钡合金粉、130～150目铌铁粉组成；SiC粉加入质量分数5-6％、B4C粉加入质量分数6.5-7.5％、Cr3C2粉加入质量分数12-13％、钛铁粉加入质量分数10-12％、钨铁粉加入质量分数18-20％、钼铁粉加入质量分数15-16％、钒铁粉10.0-11.5％、铝粉加入质量分数4.0-4.5％、Ce2O3粉加入质量分数2.5-3.0％、镍粉加入质量分数3.0-3.5％、硅钙钡合金粉加入质量分数0.6～0.8％、铌铁粉加入质量分数8-10％，各种粉芯材料粉的总质量分数为100％；粉芯材料占焊丝总质量分数的39-41％；
(2)将步骤(1)中的各种粉芯材料粉，加入混粉机内进行搅拌混合，搅拌时间100-120分钟，搅拌均匀后，将其放入在药芯焊丝成形机上己轧成“U”形的低碳钢薄钢带内，然后在药芯焊丝成形机上闭合成“O”形；继续经过药芯焊丝成形机上的轧丝机减径至
Figure FDA0004034761430000021
再在药芯焊丝成形机上的拉丝机上经过减径拔模将其拉拔减径至
Figure FDA0004034761430000022
得到高硼铁基合金耐磨焊丝。
3.权利要求1所述的一种高硼铁基合金耐磨焊丝的应用，其特征在于，使用方法如下：
将高硼铁基合金耐磨焊丝，在工件表面进行激光熔覆获得耐磨熔覆层；熔覆工艺参数是：焊丝和工件的距离为3-4mm，送丝速度为8-12mm/s，激光功率为3000-3500W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15-18L/min，激光扫描速度为15-18mm/s，道与道之间的搭接率为15-18％，耐磨熔覆层厚度5-15mm。
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