TWI391206B

TWI391206B - Alloy hard layer and its welding materials

Info

Publication number: TWI391206B
Application number: TW99132591A
Authority: TW
Original assignee: Univ Nat Chunghsing
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2013-04-01
Also published as: TW201213038A

Description

合金硬面層及其銲覆用料

本發明是有關於一種合金硬化層，特別是指一種用於銲覆技術的合金硬面層及其銲覆用料。

硬面處理常用於改善材料表面的性質，解決材料因為表面磨損所造成的損壞，其中，又以硬面銲覆技術在硬面處理中占著舉足輕重的地位，原因在於，硬面銲覆技術具有價格低廉、處理彈性大、硬面層較厚、節省貴重金屬材料的用量、提高工件使用壽命、節省製造維修費用等特性，而常用於改善農業工具、礦業機械的零件與水泥工業設備的表面性質。

在眾多的硬質材料中，高碳鉻基合金所形成的表面硬化層，因為具有很高的硬度值，及優越的抗磨耗能力，而被廣泛的使用。惟，由於前述表面硬化層是由體心立方晶(body center cubic,BCC)的Fe-Cr固溶相與六方晶(hexagonal closed-packed,HCP)的(Cr,Fe)7C3碳化物所構成，因此，二者如圖3(A)所示，皆為韌性較差的相，所以，表面硬化層會如圖3(A)所示，產生大量的裂縫，且由圖4可以看出，先前技術中表面硬化層(不含銀材料，即銀含量0.0%)之單位面積的裂縫長度高達1.7±0.3(cm^-1 )，而會降低表面硬化層的性質。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以有效降低單位面積的裂縫長度的合金硬面層及其銲覆用料。

於是，本發明合金硬面層及其銲覆用料，至少包含有銀材料、鉻材料與碳材料，且以銲覆技術熔接在以鐵材料為主的一基材的一表面。

本發明的功效是在含高鉻與高碳的銲覆用料中加入少量的銀，形成高硬度與高抗磨耗能力的合金硬面層，不但能夠大幅地降低該合金硬面層中單位面積的裂縫長度，且可有效提升該合金硬面層的性質。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1、圖2，本發明合金硬面層1及其銲覆用料的一較佳實施例包含有銀材料、鉻材料與碳材料，且以銲覆技術融接在以鐵材料為主的一基材2的一表面21。其中，該銀材料為純銀。該鉻材料可以是純鉻，或與碳材料同樣來自於碳化鉻。以碳化鉻為例，其碳含量與鉻含量為1：4。而銀含量的重量百分比不大於2 wt%，鉻含量的重量百分比不小於90wt%，且碳含量的重量百分比不大於7 wt%。下表為銲覆用料實際的配方比例。

以下即針對本發明形成該合金硬化層1的一表面強化方法並結合實施例步驟說明如后：步驟1：製備該銲覆用基材2。該基材2可以是低碳鋼、或是中碳鋼。

在本較佳實施例中，是以S45C中碳鋼為銲覆用基材2，其重量百分比成份為C：0.42-0.45%；Si：0.18%；Mn：0.63%，其餘成份為Fe。該銲覆用基材2試片規格為105×85×19 mm³ 。

步驟2：提供一銲覆用料1’放置在該基材2的表面21，該銲覆用料1’包含有銀材料、鉻材料與碳材料。如前所述，該鉻材料可以是純鉻，或與碳材料同樣來自於碳化鉻。

在本較佳實施例中，是以油壓成型機(圖未示)在固定壓力1500 psi(105.39 kg/cm² )下，形成緻密的一粉末塊材，其尺寸為30×25×3 mm³ ，60×25×3 mm³ 與90×25×3 mm³ 。

步驟3：以銲覆技術熔融該銲覆用料1’，使銲覆用料1’熔接於該基材2的表面21，形成前述合金硬面層1。

在本較佳實施例中，是以鎢極惰性氣體遮護電弧銲(GTAW)方法將該銲覆用料1’銲覆熔接於該基材2的表面21，形成前述合金硬面層1。藉此，以銀材料與Fe-Cr固溶相、(Cr,Fe)₇ C₃ 碳化物相互作用，調適析出物的硬度值，達到降低裂縫長度的目的。

參閱圖3與圖4可以得知，銀材料的添加可以有效降低該合金硬面層1的單位面積裂縫長度，其中，如圖3(B)所示，銀含量添加量為0.5wt%時，單位面積的裂縫長度已有顯著下降，其單位面積的裂縫長度為0.2±0.3(cm^-1 )，與圖3(A)沒有添加銀材料的1.7±0.3(cm^-1 )相較，有效降低約90%的單位面積裂縫長度。

參閱圖5與圖6可以得知，銀材料的添加不但不會造成該合金硬面層1有新的析出相產生，而由原始的Fe-Cr固溶相、(Cr,Fe)₂₃ C₆ 與(Cr,Fe)₇ C₃ 碳化物所構成。且銀材料的添加也不會造成顯微結構有顯著的改變，該合金硬面層1的顯微結構還是由初晶(Cr,Fe)₇ C₃ 碳化物與細且均勻散佈的共晶[α+(Cr,Fe)₇ C₃ ]所構成。

參閱圖7，再進一步以洛氏硬度(HRC)試驗，對該合金硬面層1進行硬度測試，可以發現，該合金硬面層1的硬度值介於HRC46~63，且隨著銀含量的提升，會軟化該合金硬面層1，使該合金硬面層1的硬度值下降，惟，與硬度值HRC25的基材2相較，當銀含量添加量為0.5wt%時，該合金硬面層1的硬度值雖下降至HRC59，卻仍然有效提升約240%的硬度。

參閱圖8，再進一步分析不同相的硬度顯示，銀含量的添加會有效地降低共晶區域(共晶團)[α+(Cr,Fe)₇ C₃ ]的硬度值，而對於初晶(Cr,Fe)₇ C₃ 碳化物(主要相)的硬度值並無顯著的改變，藉此，可以使銀材料與共晶區域[α+(Cr,Fe)₇ C₃ ]相互作用，而能在軟化共晶區域[α+(Cr,Fe)₇ C₃ ]的過程中擴散整合，達到降低裂縫數目的目的。

據上所述可知，本發明之合金硬面層及其銲覆用料具有下列優點及功效：本發明可以沿用銲覆技術，使含有銀、鉻與碳的合金硬面層1，在符合硬度需求的情況下，大幅地降低單位面積的裂縫長度，而同樣保有價格低廉、處理彈性大、硬面層較厚、節省貴重金屬材料的用量、提高工件用壽命、節省製造維修費用等特性，且重要的是，能有效提升該合金硬面層1的性質，使該合金硬面層1更耐磨、耐蝕及抗高溫氧化。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1’‧‧‧銲覆用料

1‧‧‧合金硬面層

2‧‧‧基材

21‧‧‧表面

圖1是一剖視圖，說明本發明合金硬面層的一較佳實施例；

圖2是該較佳實施例的一銲接示意圖；

圖3(A)~(E)分別說明先前技術的一合金硬化層與該較佳實施例銀含量介於0.5wt%~2.0wt%的一斷面圖；

圖4是先前技術的合金硬化層與該較佳實施例中不同銀含量與裂縫長度的關係圖；

圖5是一圖表，說明先前技術的合金硬化層與該較佳實施例中不同銀含量之X光繞射分析結果；

圖6(A)~(E)分別說明先前技術的合金硬化層與該較佳實施例銀含量介於0.5wt%~2.0wt%的一顯微結構圖；

圖7是一圖表，說明先前技術的合金硬化層與該較佳實施例中不同銀含量的硬度值；及

圖8是一圖表，說明先前技術的合金硬化層與該較佳實施例中不同銀含量對顯微結構中不同組成相硬度的影響。

1．．．合金硬面層

2．．．基材

21．．．表面

Claims

一種合金硬面層，至少包含有銀材料、鉻材料與碳材料，且以銲覆技術熔接在以鐵材料為主的一基材的一表面，前述銀含量的重量百分比不大於2 wt%，鉻含量的重量百分比不小於90wt%，且碳含量的重量百分比不大於7 wt%。
依據申請專利範圍第1項所述之合金硬面層，其中，該鉻材料為純鉻。
依據申請專利範圍第1項所述之合金硬面層，其中，該銀材料為純銀。
依據申請專利範圍第1項所述之合金硬面層，其中，該碳材料與該鉻材料分別來自於碳化鉻。
依據申請專利範圍第4項所述之合金硬面層，其中，該碳化鉻中的鉻含量與碳含量比為4：1。
一種合金硬面層之銲覆用料，以銲覆技術熔接在以鐵材料為主的一基材的一表面，至少包含有銀材料、鉻材料與碳材料，前述銀含量的重量百分比不大於2 wt%，鉻含量的重量百分比不小於90wt%，且碳含量的重量百分比不大於7 wt%。
依據申請專利範圍第6項所述之合金硬面層之銲覆用料，其中，該鉻材料為純鉻。
依據申請專利範圍第6項所述之合金硬面層之銲覆用料，其中，該銀材料為純銀。
依據申請專利範圍第6項所述之合金硬面層之銲覆用料，其中，該碳材料與該鉻材料分別來自於碳化鉻。
依據申請專利範圍第9項所述之合金硬面層之銲覆用料，其中，該碳化鉻中的鉻含量與碳含量比為4：1。