CN114393346A - 一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层及其制备方法 - Google Patents

一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Fe2B‑VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，堆焊合金层的化学成分是：B：4.0～6.0％；V：5.0～15.0％；Cr：0～6.5％；C：0.05～0.1％；Mn：1.0～1.5％；Si：0.5～0.8％；P：<0.03％；S：<0.03％，余量为Fe。本发明还公开了Fe2B‑VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，将合金元素钒、铬引入高硼铁基堆焊合金层，在堆焊合金层中形成交错随机分布的短棒状初生Fe2B相或初生(Fe,Cr)2B相与不规则的球状初生VB相或初生(V,Cr)B相，可保证堆焊合金层具有高硬度、高耐磨性的同时，具有较好的抗裂性能。

Description

一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨堆焊技术领域，更具体的是，本发明涉及一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层及其制备方法。
背景技术
磨料磨损是导致工程部件失效的原因之一，高性能的耐磨合金层可以降低制造成本、延长使用寿命，堆焊技术可实现基体与耐磨合金层的冶金结合，耐磨堆焊合金层的耐磨料磨损性能通过在硬基体或软基体中嵌入高硬度的耐磨硬质相获得实质上的改善，常规的铁基耐磨堆焊合金层采用碳化物作为耐磨硬质相，例如M7C3型、M3C型、MC型以及M23C6型等碳化物。
碳化物硬度高，耐磨性能好，可提高堆焊合金层的磨料耐磨性能，但碳化物作为耐磨硬质相存在一些不足之处，例如，高铬铸铁耐磨堆焊合金为提高自身的耐磨性能，在合金中碳、铬的含量需要分别达到约2～5wt.％与18～30wt.％，形成一定体积分数的初生碳化物(Cr,Fe)7C3相，过多Cr含量的需求增加制造成本，过于粗大的棒状(Cr,Fe)7C3相，会导致堆焊合金层形成贯穿性的堆焊裂纹，限制了其在严酷工作环境下的应用，虽然采用合金化、热处理等方式能提高堆焊合金的抗裂性能，但结果并不尽如人意。而MC型碳化物(例如TiC、NbC等)，因其尺寸的原因很少单独作为耐磨硬质相，常常以异质形核核心的方式添加至高铬铸铁中，达到细化初生(Cr,Fe)7C3相的目的，但MC型碳化物的形成，会夺取堆焊合金中的碳元素，抑制初生(Cr,Fe)7C3相的析出。而WC作为耐磨硬质相，同样是基于尺寸因素的考虑，通常是将具有一定粒度的WC颗粒直接添加至堆焊合金层中，但堆焊过程中WC的烧损和均匀性等问题并没有被完美解决，过高的价格也限制了其应用的范围。
硼与铁、碳形成的硼化物的硬度具有与碳化铬(Cr,Fe)7C3(1500-1600HV)相同的数量级或超过(Cr,Fe)7C3的硬度，是耐磨材料中常用的硬质相(例如硬度为1300～1500HV的Fe3(C,B)、硬度为1600～1700HV的Fe2B、硬度为1100HV的Fe23(B,C)6)，在这种情况下，碳不再用于硬质相的形成，主要用来改善基体铁的淬透性。在改善材料耐磨性的应用中，使用少量的硼就可以形成M23(C,B)6、M3(C,B)和M2B类型的硬质相。
出于成本、耐磨性与易获得等原因，初生硼化物Fe2B相成为铁基堆焊合金中耐磨硬质相的首选项之一，例如Fe-B堆焊合金易获得高体积分数的、粗大棒状的初生Fe2B相，其耐磨性能与Fe-Cr-C堆焊合金相近，而成本则明显低于Fe-Cr-C堆焊合金。但Fe-B堆焊合金与Fe-Cr-C堆焊合金都有高硬度与高脆性的矛盾。含有高体积分数的初生硼化物Fe2B相可获得满意的硬度与耐磨性能，但同时，高脆性限制了其在高应力磨料磨损、特别是带有冲击的磨损工况环境下的应用。如何抑制Fe-B堆焊合金的脆性是解决此类堆焊合金应用的瓶颈之一。
增加硼化物的韧性、细化硼化物相或者改变硼化物的生长形态是改善Fe-B堆焊合金韧性的主要思路之一。例如，有研究结果显示，合金元素Cr、W、Mn可改善Fe2B相的韧性；合金元素Ti、N、RE可细化Fe2B相，同时可改变硼化物的生长形态。但Fe-B堆焊合金脆性的本质并未被解决，特别是具有高体积分数的初生Fe2B相的堆焊合金层仍难以避免出现大量的堆焊层裂纹，这一问题限制了其应用的范围。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，将合金元素钒、铬引入高硼铁基堆焊合金层，保证堆焊合金层具有高硬度、高耐磨性，同时大幅度提高抗裂性能。
本发明还设计开发了一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，耐磨硬质相为初生Fe2B相或初生(Fe,Cr)2B相和初生VB相或初生(V,Cr)B相，且耐磨硬质相具有高体积分数，进一步提高堆焊合金层的硬度、耐磨性和抗裂性能。
本发明提供的技术方案为：
一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的化学组成及其质量百分比为：
B：4.0～6.0％；V：5.0～15.0％；Cr：0～6.5％；C：0.05～0.1％；Mn：1.0～1.5％；Si：0.5～0.8％；P：<0.03％；S：<0.03％，余量为Fe。
优选的是，所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层中Cr的添加量为0时，V的添加量为10.0～15.0％。
优选的是，所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层中Cr的添加量为3.0～6.5时，V的添加量为5.0～15.0％。
一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将基材放入堆焊焊机工作台；
步骤二、将粒度在100目与200目之间的合金粉体混合均匀获得复合粉体，烘干；
步骤三、将所述复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，堆焊制备高硼铁基耐磨堆焊合金层；
其中，所述复合粉体按质量百分比为：
20～30％的含硼19.3％的硼铁粉，10～35％的含钒50.2％的钒铁粉，4.5～10％的含铬65.2％的微碳铬铁粉，1.0～4.0％的含锰80.7％的低碳锰铁粉，1.0～2.0％的含硅72.4％的硅铁粉，余量为含铁量不低于98％的还原铁粉。
优选的是，所述步骤一还包括：
将所述基材表面进行除锈除油清理。
优选的是，所述堆焊工艺参数为：
堆焊电压为23～25V，堆焊电流为130～140A，送粉量为20～30g/min，离子气流为3～4L/min，保护气流为6～9L/min，送粉气流为3～6L/min，摆宽为5.0～10.0mm，摆速为7.5～15mm/min。
优选的是，所述基材为碳素结构钢。
优选的是，所述离子气、保护气和送粉气均为纯度为99.99％的氩气。
优选的是，步骤二具体包括：
将粒度在100目与200目之间的合金粉体置于立式行星混料机混合1小时后获得复合粉体，将所述复合粉体置于远红外焊条烘箱中150℃烘干2小时后再次通过100目筛。
优选的是，所述步骤三具体包括：
将所述复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，启动等离子粉末堆焊机，堆焊形成第一层焊缝，当所述第一层焊缝冷却至100～150℃时，堆焊形成第二层焊缝，焊后空冷至室温，获得高硼铁基耐磨堆焊合金层。
本发明所述的有益效果：
(1)、本发明设计开发的一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，耐磨硬质相为初生Fe2B相或初生(Fe,Cr)2B相与初生VB相或初生(V,Cr)B相，耐磨硬质相的体积分数可控制在约为50～80％，高体积分数的硼化物可保证堆焊合金层的高硬度与高耐磨性能；
(2)、本发明设计开发的一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，初生Fe2B或初生(Fe,Cr)2B耐磨硬质相为短棒状，长度可控制在100μm以下，直径约为10～20μm；初生VB或初生(V,Cr)B耐磨硬质相为不规则的球状，直径约为5～20μm，短棒状与球状的硼化物均匀分布于具有一定韧性的、低含碳量的Fe+Fe2B共晶组织基体上，可有效改善堆焊合金层的抗裂性能；
(3)、本发明设计开发的一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，初生Fe2B或初生(Fe,Cr)2B耐磨硬质相为短棒状，分布没有明显的方向性，在堆焊合金层中呈现交错随机分布，可进一步提高堆焊合金层的抗裂能力；
(4)本发明设计开发的一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，在高硼铁基堆焊合金中添加合金元素铬，在改善堆焊合金的韧性，促进初生Fe2B相转变为初生(Fe,Cr)2B相并增加其体积分数的同时，促使初生(V,Cr)B相的析出，制备的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层硬度可控制在60～68HRC之间，并且无肉眼可见的堆焊层裂纹，能够在要求无堆焊层裂纹或承受一定冲击的工况环境下使用。
附图说明
图1为本发明所述实施例1的堆焊合金层的组织形貌图。
图2为本发明所述实施例1的堆焊合金层的物相组成图。
图3为本发明所述实施例2的堆焊合金层的组织形貌图。
图4为本发明所述实施例2的堆焊合金层的物相组成图。
图5为本发明所述实施例3的堆焊合金层的组织形貌图。
图6为本发明所述实施例4的堆焊合金层的组织形貌图。
具体实施方式
下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供的一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，化学成分以质量百分计，包括：包括：4.0～6.0％的B，5.0～15.0％的V，0～6.5％的Cr，0.05～0.1％的C，1.0～1.5％的Mn，0.5～0.8％的Si，低于0.03％的P，低于0.0％3的S，余量为Fe。
本发明还提供一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，采用等离子粉末堆焊工艺实现，具体包括以下步骤：
步骤一、对基材表面进行除锈除油清理，将所述基材放入堆焊焊机工作台；
步骤二、将所需的每种合金粉体分别过100目、200目筛，选用粒度在100目与200目之间的合金粉体，按比例称量配置堆焊用复合粉体。称量后的复合粉体充分混合均匀，混合后的复合粉体进行烘干。
步骤三、将步骤二所述的复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，堆焊制备高硼铁基耐磨堆焊合金层。
所述堆焊工艺参数设定为：堆焊电压为23～25V，堆焊电流为130～140A，送粉量为20～30g/min，离子气流为3～4L/min，保护气流为6～9L/min，送粉气流为3～6L/min，摆宽为5.0～10.0mm，摆速为7.5～15mm/min。
其中，所述步骤一中的基材为碳素结构钢，所述的碳素结构钢可选用Q235钢、Q345钢或65Mn钢。
所述的复合粉体按质量百分计包括：20～30％的含硼19.3％的硼铁粉，10～35％的含钒50.2％的钒铁粉，4.5～10％的含铬65.2％的微碳铬铁粉，1.0～4.0％的含锰80.7％的低碳锰铁粉，1.0～2.0％的含硅72.4％的硅铁粉，余量为含铁量不低于98％的还原铁粉。
所述离子气、保护气和送粉气均为纯度为99.99％的工业用氩气。
实施例1
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，其化学成分以质量百分计为：B为5.8％，V为15.0％，C为0.1％，Mn为1.4％，Si为0.7％，低于0.03％的P，低于0.03％的S，余量为Fe。
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层采用等离子粉末堆焊工艺实现，具体包括以下步骤：
步骤一、采用角磨机将200mm×200mm×10mm的Q235钢板表面的锈及氧化皮等打磨干净，将打磨后的钢板放置于等离子粉末堆焊机工作台；
步骤二、将所需的硼铁粉、钒铁粉、低碳锰铁粉、硅铁粉、还原铁粉分别过100目筛，再将通过100目筛的合金粉过200目筛，将未通过200目筛的粉体倒出备用；
按设计的耐磨堆焊合金层的成分要求，称取硼铁粉、钒铁粉、微碳铬铁粉低碳锰铁粉、硅铁粉与还原铁粉等合金粉，混合形成堆焊用的复合粉体；
其中，该复合粉体的组成(质量百分比)为：30％的硼铁粉，30％的钒铁粉，3.0％的低碳锰铁粉，1.1％的硅铁粉，余量为还原铁粉；
将称量后的复合粉体置于立式行星混料机混合1小时，混合后的复合粉体置于远红外焊条烘箱中150℃烘干2小时，烘干后的复合粉体再次通过100目筛；
步骤三、将复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，启动等离子粉末堆焊机，堆焊形成第一层焊缝，当焊缝冷却至100～150℃时，堆焊形成第二层焊缝，焊后空冷至室温；
设定等离子粉末堆焊机的参数为：堆焊电压为25V，堆焊电流为140A，送粉量为20g/min，离子气流为3L/min，保护气流为6L/min，送粉气流为6L/min，摆宽为7.5mm，摆速为7.5mm/min。
采用线切割机切取带有堆焊层的100mm×10mm×15mm的试样，附图1为本实施例制备的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的组织形貌图，附图2为此种组织的物相组成图。
实施例2
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，其化学成分以质量百分计为：B为5.8％，V为15.0％，Cr为3.3％，C为0.1％，Mn为1.4％，Si为0.7％，低于0.03％的P，低于0.03％的S，余量为Fe。
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层采用等离子粉末堆焊工艺实现，具体包括以下步骤：
步骤一、采用角磨机将200mm×200mm×10mm的Q235钢板表面的锈及氧化皮等打磨干净，将打磨后的钢板放置于等离子粉末堆焊机工作台；
步骤二、将所需的硼铁粉、钒铁粉、低碳锰铁粉、硅铁粉、还原铁粉分别过100目筛，再将通过100目筛的合金粉过200目筛，将未通过200目筛的粉体倒出备用；
按设计的耐磨堆焊合金层的成分要求，称取硼铁粉、钒铁粉、微碳铬铁粉、低碳锰铁粉、硅铁粉与还原铁粉等合金粉，混合形成堆焊用的复合粉体；
其中，该复合粉体的组成(质量百分比)为：30％的硼铁粉，30％的钒铁粉，5％的微碳铬铁粉，3.0％的低碳锰铁粉，1.1％的硅铁粉，余量为还原铁粉。
将称量后的复合粉体置于立式行星混料机混合1小时，混合后的复合粉体置于远红外焊条烘箱中150℃烘干2小时，烘干后的复合粉体再次通过100目筛；
步骤三、将复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，启动等离子粉末堆焊机，堆焊形成第一层焊缝，当焊缝冷却至100～150℃时，堆焊形成第二层焊缝，焊后空冷至室温；
设定等离子粉末堆焊机的参数为：堆焊电压为25V，堆焊电流为140A，送粉量为20g/min，离子气流为3L/min，保护气流为6L/min，送粉气流为6L/min，摆宽为7.5mm，摆速为7.5mm/min。
采用线切割机切取带有堆焊层的100mm×10mm×15mm的试样，附图3为本实施例制备的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的组织形貌图，附图4为此种组织的物相组成图。
实施例3
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，其化学成分以质量百分计为：B为5.8％，V为5.0％，Cr为6.5％，C为0.1％，Mn为1.4％，Si为0.7％，低于0.03％的P，低于0.03％的S，余量为Fe。
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层采用等离子粉末堆焊工艺实现，具体包括以下步骤：
步骤一、采用角磨机将200mm×200mm×10mm的Q235钢板表面的锈及氧化皮等打磨干净，将打磨后的钢板放置于等离子粉末堆焊机工作台；
步骤二、将所需的硼铁粉、钒铁粉、低碳锰铁粉、硅铁粉、还原铁粉分别过100目筛，再将通过100目筛的合金粉过200目筛，将未通过200目筛的粉体倒出备用；
按设计的耐磨堆焊合金层的成分要求，称取硼铁粉、钒铁粉、微碳铬铁粉、低碳锰铁粉、硅铁粉与还原铁粉等合金粉，混合形成堆焊用的复合粉体；
其中，该复合粉体的组成(质量百分比)为：30％的硼铁粉，10％的钒铁粉，10％的微碳铬铁粉，3.0％的低碳锰铁粉，1.1％的硅铁粉，余量为还原铁粉。
将称量后的复合粉体置于立式行星混料机混合1小时，混合后的复合粉体置于远红外焊条烘箱中150℃烘干2小时，烘干后的复合粉体再次通过100目筛；
步骤三、将复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，启动等离子粉末堆焊机，堆焊形成第一层焊缝，当焊缝冷却至100～150℃时，堆焊形成第二层焊缝，焊后空冷至室温；
设定等离子粉末堆焊机的参数为：堆焊电压为25V，堆焊电流为140A，送粉量为20g/min，离子气流为3L/min，保护气流为6L/min，送粉气流为6L/min，摆宽为7.5mm，摆速为7.5mm/min。
采用线切割机切取带有堆焊层的100mm×10mm×15mm的试样，附图5为本实施例制备的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的组织形貌图。
实施例4
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，其化学成分以质量百分计为：B为5.8％，V为10.0％，Cr为3.3％，C为0.1％，Mn为1.4％，Si为0.7％，低于0.03％的P，低于0.03％的S，余量为Fe。
本实施例所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层采用等离子粉末堆焊工艺实现，具体包括以下步骤：
步骤一、采用角磨机将200mm×200mm×10mm的Q235钢板表面的锈及氧化皮等打磨干净，将打磨后的钢板放置于等离子粉末堆焊机工作台；
步骤二、将所需的硼铁粉、钒铁粉、低碳锰铁粉、硅铁粉、还原铁粉分别过100目筛，再将通过100目筛的合金粉过200目筛，将未通过200目筛的粉体倒出备用；
按设计的耐磨堆焊合金层的成分要求，称取硼铁粉、钒铁粉、微碳铬铁粉、低碳锰铁粉、硅铁粉与还原铁粉等合金粉，混合形成堆焊用的复合粉体；
其中，该复合粉体的组成(质量百分比)为：30％的硼铁粉，20％的钒铁粉，5％的微碳铬铁粉，3.0％的低碳锰铁粉，1.1％的硅铁粉，余量为还原铁粉。
将称量后的复合粉体置于立式行星混料机混合1小时，混合后的复合粉体置于远红外焊条烘箱中150℃烘干2小时，烘干后的复合粉体再次通过100目筛；
步骤三、将复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，启动等离子粉末堆焊机，堆焊形成第一层焊缝，当焊缝冷却至100～150℃时，堆焊形成第二层焊缝，焊后空冷至室温；
设定等离子粉末堆焊机的参数为：堆焊电压为25V，堆焊电流为140A，送粉量为20g/min，离子气流为3L/min，保护气流为6L/min，送粉气流为6L/min，摆宽为7.5mm，摆速为7.5mm/min。
采用线切割机切取带有堆焊层的100mm×10mm×15mm的试样，附图6为本实施例制备的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的组织形貌图。
由附图1和附图2可知，实施例1制备的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的耐磨硬质相由初生Fe2B相和初生VB相组成，初生Fe2B相为短棒状，并且其分布没有明显的方向性，呈现交错随机分布，初生VB相为不规则的球状，直径约为5～20μm，初生Fe2B相和初生VB相两相的体积分数约为40～60％，堆焊合金层的洛氏硬度测试结果为60.4HRC，且堆焊层没有明显的裂纹，说明此种结构可获得较高的磨料耐磨性能。
对于实施例2，附图3为在附图1的成分基础上添加了3.3％的Cr，附图4为附图3组织的物象组成，由图可知合金元素铬的添加，使得初生VB相转变为初生(V,Cr)B相，并且铬有效促使初生(V,Cr)B相的析出，对比附图1可知，相同的B、V含量条件下，3.3％的Cr使初生(V,Cr)B相的体积分数增加了约2倍，堆焊合金层的洛氏硬度测试结果为62.0HRC，且堆焊层没有明显的裂纹，说明合金元素Cr可提升堆焊合金层的硬度。
对比实施例1、2，实施例3将钒的添加量降低至5.0％，同时，将铬的含量提高至6.5％，附图5为实施例3的堆焊合金层组织形貌图，由图5可知堆焊层耐磨硬质相主要由初生(Fe,Cr)2B组成，同时含有少量初生(V,Cr)B相，实施例3制备的堆焊合金层洛氏硬度为68.0HRC，且堆焊层没有明显的裂纹，说明少量的钒配合铬，同样可达到改变初生初生Fe2B生长形态与取向的目的。
对比实施例1、2、3，实施例4钒的添加量为10.0％，铬的添加量为3.3％，由附图6可知，堆焊层组织结构与实施例1相似，堆焊合金层的洛氏硬度为65.9HRC，说明高硼铁基堆焊合金层中，可通过调整钒、铬添加量达到控制堆焊层物相组成与硬度的目的。
所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层中Cr的添加量为0时，V的添加量为10.0～15.0％，当钒的添加量低于10.0％，初生Fe2B仍为粗大的长棒状结构，且生长具有一定的取向性，同时，堆焊层中未见明显的初生VB相，此种结构不利于堆焊层抑制裂纹的萌生与扩展；当钒的添加量高于15.0％时，采用离子粉末堆焊工艺时，堆焊层的成形性能变差，同时易出现夹渣等缺陷，不利于生产加工。
所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层中Cr的添加量为3.0～6.5％时，V的添加量为5.0～15.0％，Cr在堆焊合金层中的作用是促进V的有益作用，其添加量取决于V的含量，当V的添加量低于5.0％且Cr的添加量低于3.0％时，无法改变初生Fe2B相的生长形态与取向，虽然堆焊层的硬度较高，但抗裂性能较差，难以在要求无堆焊层裂纹或承受一定冲击的工况环境下使用；而当V的添加量高于15.0％时，堆焊合金层的成形性能变差，此时添加Cr并不能改变其成形性能。因此，Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层中，当Cr的添加量为3.0～6.5％、V的添加量为5.0～15.0％时，两者可协调配合，利于形成较为理想的组织结构。
高硼铁基堆焊合金层的耐磨硬质相通常为初生Fe2B或初生(Fe,Cr)2B，本发明制备的高硼铁基堆焊合金层的耐磨硬质相为初生Fe2B相或初生(Fe,Cr)2B相和初生VB相或初生(V,Cr)B相，并且，耐磨硬质相的体积分数可控制在约为50～80％，高体积分数的硼化物可保证堆焊合金层的高硬度与高的耐磨性能。
高硼铁基堆焊合金层的初生Fe2B(或初生(Fe,Cr)2B)耐磨硬质相，通常为粗大的长棒状形态，直径约为20～50μm，长度最长可超过500μm，本发明制备的高硼铁基堆焊合金层中，初生Fe2B(或初生(Fe,Cr)2B)耐磨硬质相为短棒状，长度可控制在100μm以下，直径约为10～20μm，并且，初生VB(或初生(V,Cr)B)耐磨硬质相为不规则的球状，直径约为5～20μm，短棒状与球状的硼化物均匀分布于具有一定韧性的、低含碳量的Fe+Fe2B共晶组织基体上，可有效改善堆焊合金层的抗裂性能。
高硼铁基堆焊合金层的初生Fe2B(或初生(Fe,Cr)2B)耐磨硬质相，通常为粗大的长棒状形态，其平行于温度梯度方向(垂直于堆焊层方向)分布，降低了堆焊合金层抵抗抗裂纹萌生与扩展的能力，本发明制备的高硼铁基堆焊合金层中，初生Fe2B(或初生(Fe,Cr)2B)耐磨硬质相为短棒状，分布没有明显的方向性，在堆焊合金层中呈现交错随机分布，可进一步提高堆焊合金层的抗裂能力。
通常在高硼铁基堆焊合金中添加合金元素铬，一是为了改善堆焊合金的韧性，二是可促使初生Fe2B相转变为初生(Fe,Cr)2B相，并增加其体积分数，本发明添加合金元素铬除了上述目的之外，是为了促使初生(V,Cr)B相的析出，不添加合金元素铬的高硼铁基堆焊合金，需要添加至少约10％的合金元素钒，才可以生成明显的VB相，同时实现初生Fe2B相的短棒化，当堆焊合金层中添加适量的合金元素铬，可降低合金元素钒的使用量，在实现上述目的同时降低堆焊合金层的制造成本。
通常含有大量初生Fe2B相的高硼铁基堆焊合金硬度可超过60HRC，添加少量的碳可使堆焊合金层的硬度最高升至约68HRC，但此时，堆焊层会形成大量贯穿性裂纹，此种堆焊层无法在要求无堆焊层裂纹、或承受一定冲击的工况环境下使用，本发明制备的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层硬度可控制在60～68HRC之间，并且无肉眼可见的堆焊层裂纹。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，其特征在于，所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的化学组成及其质量百分比为：
B：4.0～6.0％；V：5.0～15.0％；Cr：0～6.5％；C：0.05～0.1％；Mn：1.0～1.5％；Si：0.5～0.8％；P：<0.03％；S：<0.03％，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，其特征在于，所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层中Cr的添加量为0时，V的添加量为10.0～15.0％。
3.如权利要求2所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层，其特征在于，所述Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层中Cr的添加量为3～6.5％时，V的添加量为5.0～15.0％。
4.一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将基材放入堆焊焊机工作台；
步骤二、将粒度在100目与200目之间的合金粉体混合均匀获得复合粉体，烘干；
步骤三、将所述复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，堆焊制备高硼铁基耐磨堆焊合金层；
其中，所述复合粉体按质量百分比为：
20～30％的含硼19.3％的硼铁粉，10～35％的含钒50.2％的钒铁粉，4.5～10％的含铬65.2％的微碳铬铁粉，1.0～4.0％的含锰80.7％的低碳锰铁粉，1.0～2.0％的含硅72.4％的硅铁粉，余量为含铁量不低于98％的还原铁粉。
5.如权利要求4所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，其特征在于，所述步骤一还包括：
将所述基材表面进行除锈除油清理。
6.如权利要求4所述的一种Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，其特征在于，所述堆焊工艺参数为：
堆焊电压为23～25V，堆焊电流为130～140A，送粉量为20～30g/min，离子气流为3～4L/min，保护气流为6～9L/min，送粉气流为3～6L/min，摆宽为5.0～10.0mm，摆速为7.5～15mm/min。
7.如权利要求5所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，其特征在于，所述基材为碳素结构钢。
8.如权利要求6所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，其特征在于，所述离子气、保护气和送粉气均为纯度为99.99％的氩气。
9.如权利要求4所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，其特征在于，步骤二具体包括：
将粒度在100目与200目之间的合金粉体置于立式行星混料机混合1小时后获得复合粉体，将所述复合粉体置于远红外焊条烘箱中150℃烘干2小时后再次通过100目筛。
10.如权利要求4所述的Fe2B-VB联合增强高硼铁基耐磨堆焊合金层的制备方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：
将所述复合粉体置于等离子粉末堆焊机的粉仓内，启动等离子粉末堆焊机，堆焊形成第一层焊缝，当所述第一层焊缝冷却至100～150℃时，堆焊形成第二层焊缝，焊后空冷至室温，获得高硼铁基耐磨堆焊合金层。
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