CN1843681A - 耐磨堆焊合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨堆焊合金材料，其合金具体组成含量(重量％)为：W 5－30、Nb 2－15、V 3－12、Mo 1－8、Cr 1－5、B 2－7、稀土0.01－2、余量为Fe。本发明以重金属硼化物为硬质强化相，硼化物在合金中起耐磨骨架作用，对合金基体相产生阴影保护效应。其显微硬度均在HV1700～2800之间。本发明可以制成堆焊焊条、药芯焊丝、块状堆焊材料或粉末堆焊材料。可用于旋流器、泥浆泵、疏浚泵等的修复堆焊和制造，具有很高的抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能。

Description

耐磨堆焊合金材料
技术领域
本发明涉及一种合金材料，具体地说是一种抗液固混合介质冲蚀磨损的耐磨堆焊合金材料。
背景技术
我们知道，在工业生产中，普遍存在一种磨损现象：液体介质(水或其它液态物质)携带固体颗粒沿着固体表面高速运动时，常常对固体表面造成严重磨损，学术界称之为冲蚀磨损。例如：旋流器、泥浆泵、疏浚泵等选矿、采矿或疏浚设备的失效，主要是由冲蚀磨损造成的。
液固混合物对设备的冲蚀磨损在工业生产中常见，而且破坏性极大。目前，国内、外为缓解冲蚀磨损对设备造成的破坏，在制造材料的选择上：一是采用铸造高铬合金，大部分泥浆泵、疏浚泵是由高铬合金铸造而成的。高铬合金是一种应用较为普遍的耐磨材料，具有耐磨性优良的特点，但铸造工艺要求严格，铸造成品率低，制造成本高。不仅如此，整体铸造高铬合金必须同时兼顾可加工性和韧、塑性，一般取亚共晶组织，不能充分发挥高铬合金的耐磨性能。另外，高铬合金的硬质强化相是铬的碳化物(Cr7C3或Cr23C6等)，其显微硬度一般在HV1000～1300之间，作为耐磨合金中的耐磨骨架有时还不能满足更高的耐磨性要求。二是采用非金属复合材料，国外生产重介质选矿旋流器大多选用非金属复合材料制作内衬。国内在非金属复合材料的研究和应用方面，目前还远远落后于工业发达国家，因此国产旋流器，使用寿命尚不理想。
另外，本申请人的发明专利011352310提出了一种“抗高温磨粒磨损堆焊合金材料”，主要为高碳高铬堆焊材料，利用合金中金属碳硼化合物具有的高硬度和抗磨粒磨损性能及抗分解能力，提高高温条件下的抗磨粒磨损性能。但是，迄今为止，还没有可成熟应用的抗液固混合介质冲蚀磨损的耐磨堆焊合金材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种宏观硬度高，合金微观组织的基体相硬度适中，韧、塑性优良，以高硬度复杂金属硼化物为主要硬质相，硬质相均匀、弥散分布在基体相中，且与其结合牢固，具有抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能的耐磨堆焊合金材料。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种耐磨堆焊合金材料，其特征在于合金具体组成含量(重量％)为：W 5-30、Nb 2-15、V 3-12、Mo 1-8、Cr 1-5、B 2-7、稀土0.01-2、余量为Fe。
本发明优化的组成含量(重量％)为：W 10-15、Nb 5-11、V 6-10、Mo 2-5、Cr 1.5-4、B 4-6、稀土0.1-1.5、余量为Fe。稀土优选稀土铈Ce化合物，含量(重量％)为0.5-1.5。
本发明以重金属硼化物为硬质强化相，对照现有技术，在本发明的堆焊金属中存在大量结构复杂的硼化物。这些硼化物的硬度高于同种金属的碳化物，其显微硬度均在HV1700～2800之间。大量的金属硼化物硬质相弥散而且均匀地分布在合金的基体相之中，当磨粒对其表面进行磨损时，硼化物在合金中起耐磨骨架作用，对合金基体相产生阴影保护效应。磨粒与硬质相的硬度差越大，保护效果越明显。稀土在堆焊金属结晶过程中起孕育作用，使堆焊金属晶粒，特别是硼化物晶粒细小并且均匀分布，对提高堆焊合金基体组织韧性和合金整体耐磨性都有积极作用。本发明可以制成堆焊焊条、药芯焊丝、块状堆焊材料或粉末堆焊材料。可用于旋流器、泥浆泵、疏浚泵等的修复堆焊和制造，硬度高，微观组织的基体韧、塑性优良，具有很高的抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
本发明一种耐磨堆焊合金材料，其含有Fe和W、Nb、V、Mo、Cr等强化元素，合金中还引入了元素硼和稀土元素。本发明稀土可选用铈Ce、镨Pr、钇Y等的化合物或合金。合金的具体组成含量(重量％)为：W 5-30、Nb 2-15、V 3-12、Mo 1-8、Cr 1-5、B 2-7、稀土0.01-2、余量为Fe。
本发明合金材料其最佳的组成含量(重量％)为：W 10-15、Nb 5-11、V 6-10、Mo 2-5、Cr 1.5-4、B 4-6、稀土0.01-1.5、余量为Fe。稀土优选稀土铈Ce化合物，含量(重量％)为0.5-1.2。
本发明具有很高的抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能的原理是：
(1)大量的金属硼化物硬质相弥散而且均匀地分布在合金的基体相之中，当磨粒对其表面进行磨损时，硼化物在合金中起耐磨骨架作用，对合金基体相产生阴影保护效应。磨粒与硬质相的硬度差越大，保护效果越明显。
(2)堆焊层中引入了稀土。稀土在堆焊金属结晶过程中起孕育作用，使堆焊金属晶粒特别是硼化物晶粒细小并且均匀分布，对提高堆焊合金基体组织韧性和合金整体耐磨性都有积极作用。
本发明可以制成堆焊焊条、药芯焊丝、块状堆焊材料或粉末堆焊材料。可用于旋流器、泥浆泵、疏浚泵等的修复堆焊和制造。硬度高，微观组织的基体韧、塑性优良。
实施例1、一种铁基耐磨堆焊合金材料，以W、Nb、V、Mo、Cr、B、稀土为主要合金构成。合金的具体组成含量(重量％)为：W 22、Nb 4、V12、Mo 2、Cr 5、B 7、稀土镨Pr化合物1.0，余量为Fe。本发明材料用于旋流器、疏浚泵、泥浆泵等的堆焊制造。其宏观硬度为HRC67，硬质相显微硬度为HV2340，基体相显微硬度为HV780，硬度高，微观组织的基体韧、塑性优良，具有很高的抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能。其与Cr15M3、45#标样等的有关磨损试验数据的比较见下表：
                             磨损试验数据
  试样   试件硬度HRC   试件重量(mg)        磨损失重(mg)   平均失重值(mg)
一次试磨   二次试磨
  专利试样   67   64508.5   12.3   11.5   11.9
  Cr15M3   62.8   64336.6   110.7   106.7   108.7
  45#标样   55   65247.3   488.2   485.8   487
实施例2、一种铁基耐磨堆焊合金材料，以W、Nb、V、Mo、Cr、B、稀土为主要合金构成。合金的具体组成含量(重量％)为：W 15、Nb 6、V 6、Mo 5、Cr 1.5、B 6、稀土铈Ce化合物0.5，余量为Fe。本发明材料具有很高的抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能，其宏观硬度为HRC67，硬质相显微硬度HV为2680，基体相显微硬度为HV 720。
实施例3、一种铁基耐磨堆焊合金材料，以W、Nb、V、Mo、Cr、B、稀土为主要合金构成。合金的具体组成含量(重量％)为：W 9、Nb 13、V 10、Mo 4、Cr 4、B 4、稀土钇Y的化合物0.28，余量为Fe。本发明材料具有具有很高的抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能，其宏观硬度为HRC65，硬质相显微硬度为HV2210，基体相显微硬度为HV730。
实施例4、一种耐磨堆焊合金材料，其含有Fe和W、Nb、V、Mo、Cr、B、稀土元素。合金的具体组成含量(重量％)为：W 11、Nb 13、V 8、Mo 4.5、Cr 3.5、B 5、稀土铈Ce化合物0.7，余量为Fe。本发明材料具有具有很高的抗液固混合介质冲蚀磨损和磨粒磨损性能，其宏观硬度为HRC68，硬质相显微硬度为HV 2510，基体相显微硬度为HV 790。

Claims (3)

1、一种耐磨堆焊合金材料，其特征在于合金具体组成含量(重量％)为：W5-30、Nb 2-15、V 3-12、Mo 1-8、Cr 1-5、B 2-7、稀土0.01-2、余量为Fe。
2、按权利要求1所述的耐磨堆焊合金材料，其特征在于其组成含量(重量％)为：W 10-15、Nb 5-11、V 6-10、Mo 2-5、Cr1.5-4、B 4-6、稀土0.1-1.5、余量为Fe。
3、按权利要求1或2所述的耐磨堆焊合金材料，其特征在于稀土为稀土铈Ce化合物，含量(重量％)为0.5-1.2。
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