CN117506230B - 一种焊条焊芯和耐磨堆焊焊条 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种焊条焊芯和耐磨堆焊焊条，属于焊接技术领域，焊条焊芯，包括以下质量百分数的元素：Fe 65~68%，C 2.03~3.12%，Si 1.24~1.85%，Mn 0.134~0.293%，Mo 2.34~2.91%，Cr 22.05~24.39%，余量为杂质。耐磨堆焊焊条，包含焊芯和药皮，所述焊芯前述焊条焊芯。堆焊层硬度可达到62HRC。将试样在MMW‑1A立式万能摩擦磨损试验机上进行试验，磨损的时间分别是2min、5min和10min，磨损失重0.0080g、0.0277g、0.0714g，焊条具有良好的耐磨损性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种焊条焊芯和耐磨堆焊焊条。
背景技术
零部件磨损破坏后的修复与再制造，都可通过堆焊的手段来完成，堆焊熔敷金属的性能取决于焊条合金组织及焊接工艺。
高硬度耐磨堆焊焊条焊后易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷。由于高硬度耐磨堆焊焊条存在上述缺陷，导致其在实际应用中受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为：现有的高硬度耐磨堆焊焊条焊后易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷，导致其在实际应用中受到限制。
第一方面，本发明提供一种焊条焊芯，包括以下质量百分数的元素：
Fe 65~68%，C 2.03~3.12%，Si 1.24~1.85%，Mn 0.134~0.293%，Mo 2.34~2.91%，Cr22.05~24.39%，余量为杂质。
采用上述技术方案的情况下，
本发明公开的焊芯为Fe-Cr-C-Mo合金体系，C、Cr、Mo含量决定了修复组织和性能。焊芯中C含量为2.03~3.12%，Cr含量为22.05~24.39%，两者在焊芯制作的过程中，形成MC碳化物和固溶于奥氏体及其转变产物中形成的间隙化合物。MC碳化物的类型决定了材料的抗磨料磨损能力和力学性能。间隙化合物主要有Cr7C3，Cr7C3呈六棱柱形态，还有Cr23C6和Cr3C等等，在零件运行中可有效阻挡磨料侵入表面，改变基体力学性能和硬化性能，提高零件的抗磨能力。Mo元素可以提高钢的强度、硬度和耐磨性，同时还可以提高钢的耐腐蚀性和耐高温性能。
采用本发明公开的焊条焊芯和本领域常用的药皮制成焊条，在实际堆焊时，气孔和裂纹很少。
作为一种可能的设计，焊条焊芯包括以下质量百分数的元素：
Fe 67~68%，C 2.73~3.12%，Si 1.54~1.72%，Mn 0.217~0.262%，Mo 2.64~2.88%，Cr23.01~24.39%，余量为杂质。
作为一种可能的设计，焊条焊芯包括以下质量百分数的元素：
Fe 67.3%，C 2.86%，Si 1.65%，Mn 0.253%，Mo 2.73%，Cr 23.45%，余量为杂质。
第二方面，本发明提供一种耐磨堆焊焊条，包含焊芯和药皮，所述焊芯为前述焊条焊芯。
作为一种可能的设计，所述药皮外径和所述焊芯直径的比为1.35~1.85。
作为一种可能的设计，所述药皮外径和所述焊芯直径的比为1.66。
本发明的有益效果为：
本发明公开的焊条与母材的冶金结合较好，堆焊层硬度可达到62HRC，组织中的初生碳化物Cr7C3数量多，且呈六棱柱形态，分布也比较均匀。将试样用线切割机切成Φ32×10mm的圆柱，在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上进行试验，磨损的时间分别是2min、5min和10min，磨损失重0.0080g、0.0277g、0.0714g，由此可知，本发明制得的焊条在堆焊后或的堆焊层（主要成分来自焊芯）具有良好的耐磨损性能、力学性能以及良好的硬度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所获得的焊条在堆焊后和母材形成的接合面；
图2为本发明实施例1所获得的焊条在堆焊后和母材形成的堆焊层2min耐磨试验后形貌图；
图3为本发明实施例1所获得的焊条在堆焊后和母材形成的堆焊层5min耐磨试验后形貌图；
图4为本发明实施例1所获得的焊条在堆焊后和母材形成的堆焊层10min耐磨试验后形貌图。
实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在零部件磨损后，由于零部件价格昂贵或是更换麻烦等原因，通常会在磨损的地方进行堆焊，用堆焊所得堆焊层来修复磨损部位，使得该零部件能够继续使用。
目前堆焊中使用较多的是焊条，焊条的种类基本是高硬度耐磨堆焊焊条，而现有的这类焊条在焊接后所得到的堆焊层中存在较多的气孔、夹杂和裂纹，导致在堆焊后使用寿命也不理想。
针对上述问题，本发明提供一种焊条中使用的焊芯，通过改变焊芯的成分，使得焊芯在堆焊后得到的堆焊层具有良好致密性的同时，还具有良好的耐磨性能和良好的力学性能。堆焊层的致密性可有效阻挡磨料侵入零部件的表面，改变基体力学性能和硬化性能，提高零件的抗磨能力。
焊芯包括以下质量百分数的元素：
Fe 65~68%，C 2.03~3.12%，Si 1.24~1.85%，Mn 0.134~0.293%，Mo 2.34~2.91%，Cr22.05~24.39%，余量为杂质。
通过对C含量和Cr含量的把控，使得到的焊芯以M7C3碳化物为主，M7C3碳化物固溶于奥氏体及其转变产物中，从而提高焊芯的硬度和熔点；焊芯中还含有MC碳化物，没有固溶于奥氏体及其转变产物中，这部分碳化物具有良好的抗磨损性能和力学性能。
作为一种优选方式，焊条焊芯包括以下质量百分数的元素：Fe 67~68%，C 2.73~3.12%，Si 1.54~1.72%，Mn 0.217~0.262%，Mo 2.64~2.88%，Cr 23.01~24.39%，余量为杂质。
作为一种更优选的方式，焊条焊芯包括以下质量百分数的元素：Fe 67.3%，C2.86%，Si 1.65%，Mn 0.253%，Mo 2.73%，Cr 23.45%，余量为杂质。
本发明还公开了采用前述焊芯制成焊条，用于实际堆焊。焊条主要包括焊芯和药皮，本领域公知：药皮包裹于焊芯外。
本发明中，药皮外径和焊芯直径的比为1.35~1.85，提供足够温度使得焊芯熔化，形成堆焊层。作为一种优选的方式，所述药皮外径和所述焊芯直径的比为1.66。
在实际应用时，可以根据母材的材质，来选择药皮外径和焊芯直径的比，使得焊芯在熔化至凝固的这段时间内，与母材能够良好的冶金结合。
本发明中，所述母材是指由不锈钢材料制成的零部件。不锈钢材料可以为奥氏体。
本发明公开的焊条与母材（不锈钢材质）的熔合是较好，堆焊层硬度可达到62HRC，组织中的初生碳化物Cr7C3数量多，且呈六棱柱形态，分布也比较均匀。将试样用线切割机切成Φ32×10mm的圆柱，在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上进行试验，磨损的时间分别是2min、5min和10min，磨损失重0.0080g、0.0277g、0.0714g，由此可知，本发明制得的焊条在堆焊后或的堆焊层（主要成分来自焊芯）具有良好的耐磨损性能、力学性能以及良好的硬度，因此本发明公开的焊条在采用堆焊工艺中是非常值得推广使用。
以下各实施例中，焊芯采用本领域常用的方式进行制作（如：制备合金时常用的感应炉炼熔技术），此处不详细阐述。药皮为本领域常用的药皮，例如：TiO2-SiO2-CaO渣系药皮。
药皮和焊芯结合形成焊条的方法也是采用本领域常用方法，例如：焊芯截断、将药皮的原料放入模具中压制成中间带有圆孔的圆柱形料筒、将焊芯从药皮的圆孔穿过且同时挤压料筒使得料筒均匀涂覆于焊芯上，从而得到焊条的粗产品；对粗产品进行烘干，得到最终焊条。
焊条的制作具体如下：
①焊芯的加工：去锈、拉拔、核直切断。首先将成卷的钢条从卷轴上牵引出来，在机器中将钢条表面的锈迹去除干净，再将其拉直，通过机器将钢条剪切成焊条的长度300~500mm。
②焊条药皮原材料的制备。将混合后的料粉放入一个模具中，通过机器压制后变成一个中间带有圆孔的圆柱形的料筒。
③焊条的压涂成形。将压制好的多个料筒放入机器内，将焊芯整齐的放入机器送料口，焊芯从机器送料口依次进入机器中，焊芯在从料筒中间通过时由于机器的挤压，将粉料均匀的涂覆在经过的焊芯上，就变成一层药皮。
④焊条烘干：经过了涂覆药皮，磨头和磨尾后的焊条将被均匀的排列在铁架上，被送到烘箱内烘干。
本制备方法中，所涉及的设备均为本领域中常见设备，此处不详细阐述。
实施例1:本实施例的焊芯的化学成分（质量百分数）为：Fe 68%，C 3.12%，Si1.24%，Mn 0.134%，Mo 2.34%，Cr 24.39%，余量为杂质，上述各组分的重量百分比之和为100%。
其中，杂质主要是硫元素和磷元素；
焊条的制作具体如下：
①焊芯的加工：去锈、拉拔、核直切断。首先将成卷的钢条从卷轴上牵引出来，在机器中将钢条表面的锈迹去除干净，再将其拉直，通过机器将钢条剪切成焊条的长度400mm。
②焊条药皮原材料的制备。将混合后的料粉放入一个模具中，通过机器压制后变成一个中间带有圆孔的圆柱形的料筒（即药皮）。
③焊条的压涂成形。将压制好的多个料筒放入机器内，将焊芯整齐的放入机器送料口，焊芯从机器送料口依次进入机器中，焊芯在从料筒中间通过时由于机器的挤压，将粉料均匀的涂覆在经过的焊芯上，就变成一层药皮。
④焊条烘干：经过了涂覆药皮，磨头和磨尾后的焊条将被均匀的排列在铁架上，被送到烘箱内烘干。
本实施例中药皮外径和焊芯的直径之比为1.35。
实施例2:本实施例的焊芯的化学成分（质量百分数）为：Fe 66.3%，C 3.12%，Si1.85%，Mn 0.293%，Mo 2.34%，Cr 24.39%，余量为杂质。
其中，杂质主要是硫元素和磷元素；
焊条的制作具体如下：
①焊芯的加工：去锈、拉拔、核直切断。首先将成卷的钢条从卷轴上牵引出来，在机器中将钢条表面的锈迹去除干净，再将其拉直，通过机器将钢条剪切成焊条的长度500mm。
②焊条药皮原材料的制备。将混合后的料粉放入一个模具中，通过机器压制后变成一个中间带有圆孔的圆柱形的料筒（即药皮）。
③焊条的压涂成形。将压制好的多个料筒放入机器内，将焊芯整齐的放入机器送料口，焊芯从机器送料口依次进入机器中，焊芯在从料筒中间通过时由于机器的挤压，将粉料均匀的涂覆在经过的焊芯上，就变成一层药皮。
④焊条烘干：经过了涂覆药皮，磨头和磨尾后的焊条将被均匀的排列在铁架上，被送到烘箱内烘干。
本实施例中药皮外径和焊芯的直径之比为1.66。
实施例3:本实施例的焊芯的化学成分（质量百分数）为：Fe 67.3%，C 2.86%，Si1.65%，Mn 0.253%，Mo 2.73%，Cr 23.45%，余量为杂质。
其中，杂质主要是硫元素和磷元素；
焊条的制作具体如下：
①焊芯的加工：去锈、拉拔、核直切断。首先将成卷的钢条从卷轴上牵引出来，在机器中将钢条表面的锈迹去除干净，再将其拉直，通过机器将钢条剪切成焊条的长度300mm。
②焊条药皮原材料的制备。将混合后的料粉放入一个模具中，通过机器压制后变成一个中间带有圆孔的圆柱形的料筒（即药皮）。
③焊条的压涂成形。将压制好的多个料筒放入机器内，将焊芯整齐的放入机器送料口，焊芯从机器送料口依次进入机器中，焊芯在从料筒中间通过时由于机器的挤压，将粉料均匀的涂覆在经过的焊芯上，就变成一层药皮。
④焊条烘干：经过了涂覆药皮，磨头和磨尾后的焊条将被均匀的排列在铁架上，被送到烘箱内烘干。
本实施例中药皮外径和焊芯的直径之比为1.85。
实施例4:本实施例的焊芯的化学成分（质量百分数）为：Fe 66.1%，C 2.99%，Si1.35%，Mn 0.183%，Mo 2.55%，Cr 22.62%，余量为杂质。
其中，杂质主要是硫元素和磷元素；
焊条的制作具体如下：
①焊芯的加工：去锈、拉拔、核直切断。首先将成卷的钢条从卷轴上牵引出来，在机器中将钢条表面的锈迹去除干净，再将其拉直，通过机器将钢条剪切成焊条的长度500mm。
②焊条药皮原材料的制备。将混合后的料粉放入一个模具中，通过机器压制后变成一个中间带有圆孔的圆柱形的料筒（即药皮）。
③焊条的压涂成形。将压制好的多个料筒放入机器内，将焊芯整齐的放入机器送料口，焊芯从机器送料口依次进入机器中，焊芯在从料筒中间通过时由于机器的挤压，将粉料均匀的涂覆在经过的焊芯上，就变成一层药皮。
④焊条烘干：经过了涂覆药皮，磨头和磨尾后的焊条将被均匀的排列在铁架上，被送到烘箱内烘干。
本实施例中药皮外径和焊芯的直径之比为1.72。
实施例5:本实施例的焊芯的化学成分（质量百分数）为：Fe 65.3%，C 3.01%，Si1.60%，Mn 0.232%，Mo 2.90%，Cr 23.88%，余量为杂质。
其中，杂质主要是硫元素和磷元素；
本实施例的焊条的制作方法和实施例4相同，此处不详细阐述。
实施例6:本实施例的焊芯的化学成分（质量百分数）为：Fe 67.28%，C 2.62%，Si1.84%，Mn 0.192%，Mo 2.67%，Cr 23.07%，余量为杂质。
其中，杂质主要是硫元素和磷元素；
本实施例的焊条的制作方法和实施例4相同，此处不详细阐述。
将实施例1中获得的焊条与母材进行堆焊焊接，其中：母材为不锈钢，堆焊结束后获得堆焊层，测量该堆焊层的硬度为62HRC，且在镜下观察到堆焊层的组织（如图1所示）中初生碳化物Cr7C3数量多，且呈六棱柱形态，分布也比较均匀，从而进一步验证了堆焊层具有较高的硬度和熔点。
将堆焊获得的堆焊层制成Φ32×10mm的圆柱，在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上进行试验，磨损的时间分别是2min、5min和10min，磨损失重0.0080g、0.0277g、0.0714g，磨损后堆焊层的形貌分别如图2-4所示，由图2-4可知，磨损后堆焊层表面的形貌均较为良好，因此本发明公开的焊条具有良好的使用寿命。
由图1可知，采用实施例1获得的焊条进行堆焊所得堆焊层的接合层致密，说明焊条和母材两者具有良好的融合性能（即冶金结合），那么在堆焊后所得堆焊层在使用过程中不易从母材中脱落，具有良好的使用寿命。
由图1可知，采用实施例1获得的焊条进行堆焊所得堆焊层的接合层中基本无气孔、无夹杂以及无裂纹，进一步说明了焊条在焊接结束后形成的堆焊层具有良好的致密性。
本发明中，焊芯是感应炉中制备，由于感应炉在使用过程中智能化程度高，因此可以提高制得的焊芯的合格率，有利于节约成本。
本发明中，焊条的制作方法也是采用本领域常用的制作方法，因此制作焊条过程中也不存在相应的技术难点，更容易实现。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种焊条焊芯，其特征在于：包括以下质量百分数的元素：Fe 67.3%，C 2.86%，Si1.65%，Mn 0.253%，Mo 2.73%，Cr 23.45%，余量为杂质；
所述焊条焊芯中C和Cr形成的物质为MC碳化物和固溶于奥氏体及其转变产物中形成的间隙化合物；
所述间隙化合物包括Cr7C3、Cr23C6以及Cr3C，其中Cr7C3占主要成分；所述Cr7C3呈六棱柱形态。
2.一种耐磨堆焊焊条，包含焊芯和药皮，其特征在于，所述焊芯为权利要求1所述的焊条焊芯。
3.根据权利要求2所述的耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述药皮外径和所述焊芯直径的比为1.35~1.85。
4.根据权利要求3所述的耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述药皮外径和所述焊芯直径的比为1.66。
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