CN117484014A - 一种高硼系耐磨堆焊药芯焊丝及其药芯粉末 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种高硼系耐磨堆焊药芯焊丝，由钢带包裹混合均匀的高硼合金体系药芯粉末制备而成；高硼合金体系药芯粉末，以Fe为基础合金，以高含量的B作为主合金化元素，B元素占药芯粉末总重质量的10.3～19.7％。本发明改进优化合金体系，提出以Fe、B二元素为基础的合金体系，通过添加少量其他合金元素进行辅助强化，制备耐磨堆焊药芯焊丝，实现在较低成本下，获得55‑65HRC的高硬度耐磨层，耐磨粒磨损性能优良，且成形平整美观，堆焊工艺性良好。

Description

一种高硼系耐磨堆焊药芯焊丝及其药芯粉末
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，涉及一种高硼系耐磨堆焊药芯焊丝及其药芯粉末。
背景技术
在承受一般程度冲击、以磨粒磨损为主的工况下，往往需要采用较高硬度的耐磨药芯焊丝对零部件进行表面堆焊，形成高硬度的耐磨层，并且允许堆焊层产生应力释放裂纹，提高工件使用寿命；或者采用耐磨药芯焊丝制造堆焊耐磨板，应用于矿山、水泥等领域。针对以上描述工况，市场上常用的耐磨药芯焊丝合金体系一般有两大类。第一类是高碳高铬，以及含Nb、Mo、V、Ti等强碳化物形成元素的高碳高铬药芯焊丝，该系列药芯焊丝成本及性能与其合金元素含量关系较大，强碳化物元素含量较低时焊丝成本低，但耐磨性也较低，而合金元素含量较高时，焊丝成本也随之增加，且堆焊层呈现一定的脆硬性，工艺不合适时易剥落。第二类是铁基碳化钨药芯焊丝，该类焊丝成本较高，一定程度上限制了其应用。以上焊丝堆焊硬度一般在50-62HRC，很难实现更高硬度的堆焊。
发明内容
针对上述问题，本发明改进优化合金体系，提出以Fe、B二元素为基础的合金体系，通过添加少量其他合金元素进行辅助强化，制备耐磨堆焊药芯焊丝，实现在较低成本下，获得55-65HRC的高硬度耐磨层，耐磨粒磨损性能优良，且成形平整美观，堆焊工艺性良好。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种高硼合金体系药芯粉末，以Fe为基础合金，以高含量的B作为主合金化元素，B元素占药芯粉末总重质量的10.3～19.7％。
优选的，包括以下质量百分比含量的元素：B 10.3～19.7％，C 0.7～3.2％，Si1.4～5.9％，Mn 3.1～11.8％，Cr 3.5～20.1％，Mo 0～10.1％，Ni 0～10.1％，Ti 0～17％，V 0～10.1％，Ce 0～2.5％，La 0～2.5％，余量为Fe。
采用钢带包裹混合均匀的上述药芯粉末，经拉拔减径，即得到药芯焊丝。
其中各组分主要作用如下：
硼：提高熔覆金属的硬度；形成耐磨硬质相；脱氧。
碳：提高熔覆金属的强度、硬度；形成耐磨硬质相。
硅：提高熔覆金属的硬度；脱氧。
锰：提高熔覆金属的强度；脱氧。
铬：提高熔覆金属的强度、硬度；形成耐磨硬质相。
钼：提高熔覆金属的强度。
镍：提高熔覆金属的强度。
钛：细化晶粒，提高强韧性。
钒：细化晶粒，提高强韧性。
稀土Ce、La：细化晶粒，改善微观组织形态。
采用本发明药芯粉末制备药芯焊丝采用现有技术，包括以下步骤：
(1)将钢带轧成U形，再向U形钢带中加入经混合均匀的药芯粉末，所述药芯粉末占所述药芯焊丝总重的20-45％；
(2)将U形钢带合口，包裹药芯粉末，然后采用拉丝模拉拔、减径，最后得到2.8mm、1.6mm、1.2mm等不同规格的产品。
与现有技术相比，本发明以Fe为基础合金，采用高含量B作为主合金化元素，来源广泛，价格低廉，与钢铁材料成分接近，热膨胀系数接近，结合强度高，且耐磨性优异。粉末熔覆过程中原位自生TiB、Fe2B、TiC、VC等陶瓷硬质颗粒，除了具有高熔点、高硬度、热稳定性好等优点外，还具有原位生成陶瓷相自有的优点：陶瓷相是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相，与金属基体微观键合，不存在界面结合问题，不会产生裂纹源；生成的陶瓷相均匀弥散分布，空隙率小。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明高硼系耐磨堆焊药芯焊丝的堆焊层硬度高，耐磨粒磨损性能好，角磨机打磨无火花。
(2)本发明高硼系耐磨堆焊药芯焊丝的熔融金属铺展性好，成型平整美观。
(3)本发明高硼系耐磨堆焊药芯焊丝是金属芯焊丝，熔覆效率高(φ1.6焊丝熔覆效率约200-300g/min，φ2.8焊丝熔覆效率约500-800g/min)，焊后无需清渣。
(4)本发明药芯粉末材料成本较低，节约贵重合金元素，市场应用前景良好。
具体实施方式
下面将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，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用三维混合机，按照比例混合合金粉20分钟，制备药芯粉末，所取粉末的粒度为-60目，成分为：B：10.3～10.4％，C：2.7～2.8％，Si：5.8～5.9％，Mn：11.7～11.8％，Cr：9.6～9.7％，Mo：10.0～10.1％，Ni：7.2～7.3％，Ti：9.3～9.4％，V：3.8～3.9％，Ce：1.3～1.4％，La：2.4～2.5％，余量为Fe。选用12×0.4(宽度为12mm，厚度为0.4mm)的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中，将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为28～29％。将U形槽合口，严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为：3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊，将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上，焊接电流150～155A，焊接电压20～25V。堆焊三层，层间温度控制在100～300℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
实施例2
采用三维混合机，按照比例混合合金粉20分钟，制备药芯粉末，所取粉末的粒度为-60目，成分为：B：13.1～13.2％，C：1.7～1.8％，Si：3.4～3.5％，Mn：6.9～7.0％，Cr：12.1～12.2％，Mo：7.9～8.0％，Ni：10.0～10.1％，V：2.7～2.8％，Ce：2.4～2.5％，La：1.3～1.4％，余量为Fe。选用12×0.4的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中，将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为28～29％。将U形槽合口，严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为：3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊，将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上，焊接电流150～155A，焊接电压20～25V。堆焊三层，层间温度控制在100～300℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
实施例3
采用三维混合机，按照比例混合合金粉20分钟，制备药芯粉末，所取粉末的粒度为-60目，成分为：B：15.5～15.6％，C：0.7～0.8％，Si：2.4～2.5％，Mn：5.2～5.3％，Cr：3.5～3.6％，Ni：7.2～7.3％，Ti：13.4～13.5％，La：2.1～2.2％，余量为Fe。选用12×0.4的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中，将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为28～29％。将U形槽合口，严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为：3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊，将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上，焊接电流150～155A，焊接电压20～25V。堆焊三层，层间温度控制在100～300℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
实施例4
采用三维混合机，按照比例混合合金粉20分钟，制备药芯粉末，所取粉末的粒度为-60目，成分为：B：19.6～19.7％，C：3.1～3.2％，Si：1.4～1.5％，Mn：3.1～3.2％，Cr：20.0～20.1％，Mo：6.2～6.3％，Ti：16.9～17.0％，V：10.0～10.1％，Ce：2.1～2.2％，余量为Fe。选用12×0.4的H08A冷轧钢带。钢带成型过程中，将混合均匀的粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为28～29％。将U形槽合口，严密包裹药粉。然后使其分别通过直径为：3.5mm、3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。采用气保焊，将焊丝堆焊到Q235低碳钢试板上，焊接电流150～155A，焊接电压20～25V。堆焊三层，层间温度控制在100～300℃。堆焊层硬度、相对耐磨性见表1。
采用HR-150A洛氏硬度计，对堆焊层横截面取五点进行测试。最后取平均硬度值作为该粉末熔覆层的硬度，数据见表1。
耐磨性实验采用MLG-130干砂橡胶轮摩擦磨损试验机进行。实验参数如下：橡胶轮直径：229mm，橡胶轮厚度：12.7mm，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：130N，橡胶轮转速：200rpm，磨料：40～70目的石英砂。试验前首先采用丙酮清洗试样，采用以上参数预磨120s，再次用丙酮清洗试样，记录试样重量。然后采用以上参数正式磨损600s，清洗试样并称重。材料的耐磨性能用磨损的失重量来衡量。实验中采用镍基碳化钨(35％WC)熔覆合金作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。
表1各实施例堆焊层硬度与相对耐磨性
如表1所示，本发明研制的药芯焊丝堆焊层硬度最高可达约65HRC，其相对耐磨性最高可达到镍基碳化钨(35％WC)熔覆合金的2.4倍，耐磨粒磨损性能优良。

Claims (7)

1.一种高硼合金体系药芯粉末，以Fe为基础合金，其特征在于：以高含量的B作为主合金化元素，B元素占药芯粉末总重质量的10.3～19.7％。
2.根据权利要求1所述的高硼合金体系药芯粉末，其特征在于，包括以下质量百分比含量的元素：B10.3～19.7％，C0.7～3.2％，Si1.4～5.9％，Mn3.1～11.8％，Cr3.5～20.1％，Mo0～10.1％，Ni0～10.1％，Ti0～17％，V0～10.1％，Ce0～2.5％，La0～2.5％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的高硼合金体系药芯粉末，其特征在于，包括以下质量百分比含量的元素：B13.1～19.7％，C0.7～3.2％，Si1.4～3.5％，Mn3.1～7.0％，Cr3.5～20.1％，Mo0～8.0％，Ni0～10.1％，Ti0～17％，V0～10.1％，Ce0～2.5％，La0～2.2％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的高硼合金体系药芯粉末，其特征在于，包括以下质量百分比含量的元素：B19.6～19.7％，C3.1～3.2％，Si1.4～1.5％，Mn3.1～3.2％，Cr20.0～20.1％，Mo6.2～6.3％，Ti16.9～17.0％，V10.0～10.1％，Ce2.1～2.2％，余量为Fe。
5.一种高硼系耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于：由钢带包裹混合均匀的权利要求1-4任一项所述高硼合金体系药芯粉末制备而成。
6.权利要求5所述高硼系耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将钢带轧成U形，再向U形钢带中加入经混合均匀的所述高硼合金体系药芯粉末；
(2)将U形钢带合口，包裹药芯粉末，然后采用拉丝模拉拔减径，即得。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述药芯粉末占所述药芯焊丝总重的20-45％。
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