CN116135415A - 一种药芯焊丝及焊层试样的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药芯焊丝及焊层试样的制备方法，包括H08A钢、铸造WC陶瓷颗粒、合金粉末；铸造WC陶瓷颗粒与合金粉末质量比为10％‑30％；H08A的U型槽填充有铸造WC陶瓷颗粒和合金粉末，U型槽以咬接形式封口形成药芯焊丝；其中，合金粉末的质量百分比如下：石墨0.4‑2.0％，铬铁2‑20％，锰铁5‑30％，稀土硅铁15％、余量为其他添加剂，一种焊层试样的制备方法，包括以下步骤：将上述药芯焊丝，通过堆焊机焊接在Q235母材上；本发明能够有效结合钢铁材料的塑、韧性和陶瓷颗粒的高强度、耐磨性，通过堆焊的方式在材料表面形成一层增强型复合层。

Description

一种药芯焊丝及焊层试样的制备方法

技术领域

本发明涉及工程机械热加工技术领域，具体涉及一种药芯焊丝及焊层试样的制备方法。

背景技术

中国专利CN111819029A公开了一种药芯焊丝的制造方法，具备：一边将钢板成形为圆筒形一边向钢板的内部填充焊药的工序；将钢板的两端接合从而形成为钢管的工序；和对钢管实施轧制以及退火从而得到药芯焊丝的工序，药芯焊丝的化学组成在规定范围内，Sn含量、Sb含量、W含量和Mo含量满足Sn+Sb＞Mo+W的关系；

在液晶玻璃制造行业，工程机械材料大量应用在玻璃传送、成型、冷加工等领域。这些材料往往面临高强度、高温高湿等较为复杂的工况，因此材料的耐磨特性是困扰零部件长期稳定运行的难题。WC颗粒具有高硬度、高熔点等基础的耐磨特征，而钢铁材料具有良好的塑形、韧性，因此WC颗粒增强型铁基复合材料的研发及应用成为耐磨行业新的趋势。

发明内容

本发明的目的就在于解决如何根据材料使用特性，调节成分配比，形成含特殊性能的复合层，满足不同工况的使用需求的问题，而提出一种药芯焊丝及焊层试样的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种药芯焊丝，包括H08A钢、铸造WC陶瓷颗粒、合金粉末；铸造WC陶瓷颗粒与合金粉末质量比为10％-30％；

H08A的U型槽填充有铸造WC陶瓷颗粒和合金粉末，U型槽以咬接形式封口形成药芯焊丝；

其中，合金粉末的质量百分比如下：石墨0.4-2.0％，铬铁2-20％，锰铁5-30％，稀土硅铁15％、余量为其他添加剂。

作为本发明进一步的方案：药芯焊丝的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、制备合金粉末：

将锰铁、稀土硅铁硅铁、铬铁和石墨进行混合粉磨后，与铸造WC陶瓷颗粒混合；

步骤二、制备药芯焊丝：

将H08A钢板剪切成钢带，横截面轧制成U型槽；

向U型槽填充混合好的合金粉末和铸造WC陶瓷颗粒，并加入水玻璃溶液；

将U型槽以咬接形式封口，形成直径为2.8-3.2mm的药芯焊丝。

作为本发明进一步的方案：在步骤一中，粉磨为：置于球磨机进行干式粉磨，过200目筛。

作为本发明进一步的方案：在步骤一中，混合时间为2h。

作为本发明进一步的方案：在步骤二中，H08A钢板厚度为0.2mm，钢带尺寸为200×15×0.2mm。

作为本发明进一步的方案：水玻璃溶液为合金粉体与带材总质量的5％。

一种焊层试样的制备方法，包括以下步骤：

将上述药芯焊丝，通过堆焊机焊接在Q235母材上。

作为本发明进一步的方案：焊接工艺参数为：电流为100-120A，电压为35V，推力90-120N，焊接极性为直流反接，焊接速度为60-80mm/min，喷嘴高度为10-15mm。

本发明的有益效果：

本发明的核心在于提供一种耐磨材料的制作方法，其能够有效结合钢铁材料的塑、韧性和陶瓷颗粒的高强度、耐磨性，通过堆焊的方式在材料表面形成一层增强型复合层。实际使用过程中，可根据材料使用工况的特性，调节合金元素、WC陶瓷颗粒的成分的配比，满足材料的使用要求。为了验证制备的复合层表面特性，本发明又提供了一种金相试样的制备方法，其制备的焊层试样可满足扫描电镜、X射线衍射仪、激光显微镜等设备观察显微组织的需求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明堆焊试样尺寸示意图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明为一种药芯焊丝，包括药芯焊丝：

药芯焊丝包括H08A钢、铸造WC陶瓷颗粒、合金粉末；铸造WC陶瓷颗粒与合金粉末质量比为10％；

将H08A钢板剪切成钢带，并将其横截面轧制成U型槽；向U型槽灌填充混合好的铸造WC陶瓷颗粒和合金粉末，按合金粉体与带材总质量的5％加入水玻璃溶液以固结粉体；

将灌入合金粉末和水玻璃溶液的U型槽以咬接形式封口，形成药芯焊丝；

其中，合金粉末的质量百分比如下：石墨0.4％，铬铁2％，锰铁5％，稀土硅铁15％、余量为其他添加剂；

其中，药芯焊丝制备方法包括以下步骤：

步骤一、制备合金粉末：

铸造WC陶瓷颗粒的占比在10％之间。将石墨、锰铁、稀土硅铁硅铁、铬铁矿石机械破碎成小颗粒，置于球磨机进行干式粉磨，过200目筛；

按不同比例将合金粉末与铸造WC陶瓷颗粒混合，每组粉末配方总重300g；由于WC颗粒比重较大，普通混合容易产生颗粒聚集和沉降，导致在堆焊层成分分布不均，因此合金粉末需在混料机中混合2h，确保各合金成分分布均匀；

步骤二、制备药芯焊丝：

将厚度为0.2mm的H08A钢板剪切成200×15×0.2mm的钢带，将其横截面轧制成U型槽；

以填充率为50％的比例向U型槽灌填充混合好的合金粉末和铸造WC陶瓷颗粒，按粉体与带材总质量的5％加入水玻璃溶液以固结粉体；

将灌入合金粉末和水玻璃溶液的U型槽以咬接形式封口，形成直径为2.8-3.2mm的药芯焊丝；

将封口后的药芯焊丝放入烘箱120℃×2h；

步骤三、焊层试样的制备：

使用堆焊机将制作好的药芯焊丝焊接在Q235母材上，堆焊时要根据合金粉末的不同选择合适的电流和推力；

由于铸造WC陶瓷颗粒熔点较高，电流过小时铸造WC陶瓷颗粒难以溶入基体，造成与基体结合的强度较低，得不到有效支撑而脱落；电流和推力过大时，铸造WC陶瓷颗粒烧损严重而不能发挥其作为硬质颗粒的特性；

具体的，工艺参数如下：电流为100A，电压为35V，推力90N，焊接极性为直流反接，焊接速度为60mm/min，喷嘴高度为10mm；

步骤四、制备金相试样：

切样，用线切割加工取样，请参阅图1所示；

粗磨：在平面磨床上进行粗磨，其目的是修整不规则面、磨平堆焊表层和底面、去除试样四周尖角以避免划破砂纸和抛光布。刚开始磨削时，进给量要和切削速度应控制在较小范围，防止试样发生脆断；砂轮主轴温度超过60℃时应停止磨削，待温度正常后再开启磨床。

细磨：细磨在金相砂纸上进行，目的是去除粗磨遗留的较深磨痕。将砂纸平铺在光滑的玻璃板上，依次在180目、240目、400目、600目、1200目金相砂纸上进行单向推磨，换下一号砂纸时，样品磨面横向调整90°再磨样。

抛光：抛光在抛光机上进行，目的是消除细磨产生的轻微划痕。抛光前需在试样磨面、抛光布上涂抹适量粒度为W3.5的研磨膏，开启转盘后，需不断向转盘洒水。

腐蚀：腐蚀剂为4％硝酸酒精溶液，腐蚀时间15s，腐蚀后立刻用清水冲洗，再用无水乙醇清洗干净，最后吹风机吹干待用。

制作好的金相试样可通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等设备观察其纤维特性及基体组织。

实施例2

基于上述实施例1，不同之处在于：

铸造WC陶瓷颗粒与合金粉末质量比为20％；

合金粉末的质量百分比如下：石墨1.2％，铬铁11％，锰铁18％，稀土硅铁15％、余量为其他添加剂；

以填充率为55％的比例向U型槽灌填充混合好的合金粉末，按粉体与带材总质量的5％加入水玻璃溶液以固结粉体；

工艺参数如下：电流为110A，电压为35V，推力105N，焊接极性为直流反接，焊接速度为70mm/min，喷嘴高度为13mm。

实施例3

基于上述实施例1，不同之处在于：

铸造WC陶瓷颗粒与合金粉末质量比为30％；

合金粉末的质量百分比如下：石墨2.0％，铬铁20％，锰铁30％，稀土硅铁15％、余量为其他添加剂；

以填充率为60％的比例向U型槽灌填充混合好的合金粉末，按粉体与带材总质量的5％加入水玻璃溶液以固结粉体；

工艺参数如下：电流为120A，电压为35V，推力120N，焊接极性为直流反接，焊接速度为80mm/min，喷嘴高度为15mm。

本发明的工作原理：合金元素对堆焊层的组织和性能影响明显：铬是铁素体化元素，铬铁加入量在6％～10％时，堆焊层析出铁素体可抑制奥氏体晶粒的粗化，铬与碳形成的CrxCy型碳化物可显著提高堆焊层的硬度和耐磨性；碳能使堆焊层晶粒细化，堆焊层的硬度随石墨加入量的增加而升高，石墨加入量超过1.6％时，硬度提高不大，韧性显著下降，堆焊层的耐磨性较差；锰是奥氏体化元素并使晶粒粗化，随着锰铁加入量的增加，堆焊层的晶粒越来越粗大，并逐渐向单相奥氏体转变；硅元素对堆焊层的硬度和耐磨性影响不大，主要是影响碳化物的形态及分布，少量硅可以提高碳的活性，促使碳化物形成。

WC陶瓷颗粒对堆焊层的性能影响显著。WC颗粒越小，在堆焊热源作用下越容易熔化溶解，溶解的WC显著提高基体硬度。未溶的WC颗粒对基体产生阴影保护效应，因此其耐磨性能最好。WC加入量增加时，堆焊层硬度呈上升趋势，但超过一定比例后，硬度上升速度明显放缓，堆焊层脆性变大容易产生裂纹，基体对WC颗粒的支撑作用减弱，容易导致硬质颗粒的脱落，耐磨性能显著恶化。

本发明的核心在于提供一种耐磨材料的制作方法，其能够有效结合钢铁材料的塑、韧性和陶瓷颗粒的高强度、耐磨性，通过堆焊的方式在材料表面形成一层增强型复合层。实际使用过程中，可根据材料使用工况的特性，调节合金元素、WC陶瓷颗粒的成分的配比，满足材料的使用要求。为了验证制备的复合层表面特性，本发明又提供了一种金相试样的制备方法，其制备的焊层试样可满足扫描电镜、X射线衍射仪、激光显微镜等设备观察显微组织的需求。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种药芯焊丝，其特征在于，包括H08A钢、铸造WC陶瓷颗粒、合金粉末；铸造WC陶瓷颗粒与合金粉末质量比为10％-30％；

H08A的U型槽填充有铸造WC陶瓷颗粒和合金粉末，U型槽以咬接形式封口形成药芯焊丝；

其中，合金粉末的质量百分比如下：石墨0.4-2.0％，铬铁2-20％，锰铁5-30％，稀土硅铁15％、余量为其他添加剂。

2.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝,其特征在于，药芯焊丝的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、制备合金粉末：

将锰铁、稀土硅铁硅铁、铬铁和石墨进行混合粉磨后，与铸造WC陶瓷颗粒混合；

步骤二、制备药芯焊丝：

将H08A钢板剪切成钢带，横截面轧制成U型槽；

向U型槽填充混合好的合金粉末和铸造WC陶瓷颗粒，并加入水玻璃溶液；

将U型槽以咬接形式封口，形成直径为2.8-3.2mm的药芯焊丝。

3.根据权利要求2所述的一种药芯焊丝,其特征在于，在步骤一中，粉磨为：置于球磨机进行干式粉磨，过200目筛。

4.根据权利要求2所述的一种药芯焊丝,其特征在于，在步骤一中，混合时间为2h。

5.根据权利要求2所述的一种药芯焊丝,其特征在于，在步骤二中，H08A钢板厚度为0.2mm，钢带尺寸为200×15×0.2mm。

6.根据权利要求2所述的一种药芯焊丝,其特征在于，在步骤二中，水玻璃溶液为合金粉体与带材总质量的5％。

7.一种焊层试样的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：

将权利要求1-6任一项所述的药芯焊丝，通过堆焊机焊接在Q235母材上。

8.根据权利要求7所述的一种焊层试样的制备方法,其特征在于，焊接工艺参数为：电流为100-120A，电压为35V，推力90-120N，焊接极性为直流反接，焊接速度为60-80mm/min，喷嘴高度为10-15mm。

Images