專利名稱：一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金、材料、機(jī)械、電力等技術(shù)領(lǐng)域的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料， 屬于冶金加工技術(shù)，其堆焊熔敷金屬化學(xué)成分不同于現(xiàn)有堆焊材料。
背景技術(shù)：
磨損是材料失效的的主要形式之一。在金屬材料表面堆焊耐磨層是延長(zhǎng)設(shè)備或零部件服役壽命的有效途徑，已廣泛用于礦山、冶金、農(nóng)機(jī)、建材、電站、車輛、石化以及工具、 模具等的制造、修理與保養(yǎng)。高鉻合金鑄鐵是廣泛使用的堆焊材料，如D618、D628、D656、 D800焊條和HS101、HS103、YD616-2、YD687-1焊絲等。高鉻合金鑄鐵堆焊金屬主要分為二種類型，即奧氏體型和馬氏體型。奧氏體型高鉻合金鑄鐵堆焊金屬含碳量較高，奧氏體穩(wěn)定， 有高的耐低應(yīng)力磨料磨損的能力，能經(jīng)受中度沖擊，抗氧化性好，抗裂性能稍優(yōu)于馬氏體型高鉻合金鑄鐵堆焊金屬。馬氏體型高鉻合金鑄鐵堆焊金屬比奧氏體型的有更高的耐高應(yīng)力磨料磨損的性能，有很好的熱硬度和抗氧化能力，但只能耐輕度沖擊，抗裂性差。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)表面堆焊層提出更高、更苛刻的要求，不僅要求有高的耐磨性能而且有較高的抗裂性能?，F(xiàn)有高鉻合金鑄鐵堆焊材料存在的主要問(wèn)題是堆焊層裂紋傾向大，嚴(yán)重影響設(shè)備或零部件服役的壽命。例如水泥粉磨系統(tǒng)磨輥失效的主要原因在于表面堆焊層裂紋的擴(kuò)展。因此，研究開(kāi)發(fā)新型高抗裂性、耐磨性高鉻合金鑄鐵堆焊新材料具有重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)表面堆焊層提出更高、更苛刻的要求，不僅要求有高的耐磨性能而且有較高的抗裂性能。現(xiàn)有高鉻合金鑄鐵堆焊材料存在的主要問(wèn)題是堆焊層裂紋傾向大，嚴(yán)重影響其使用性能及設(shè)備或零部件服役的壽命，研究開(kāi)發(fā)新型高抗裂性、耐磨性高鉻合金鑄鐵堆焊新材料具有重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的在于提供一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明的上述目的提供以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有高鉻鑄鐵堆焊層裂紋傾向大及主要失效形式，通過(guò)優(yōu)化堆焊層合金成分、變質(zhì)處理、多元微合金化等，發(fā)明一種新型高抗裂性、耐磨性高鉻合金鑄鐵堆焊材料。本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)優(yōu)化堆焊金屬C、Ni、Mn、Cr、Mo、Si等合金元素加入量， 優(yōu)化堆焊金屬的微觀組織及性能。優(yōu)化C、Cr含量有利于控制初生Cr7C3碳化物的形貌、尺寸及體積分?jǐn)?shù)；由于C、Ni、Mn為奧氏體形成元素，Cr、Mo、Si為鐵素體形成元素，優(yōu)化堆焊金屬中的C、Ni、Mn、Cr、Mo、Si合金元素加入量可促進(jìn)形成奧氏體+馬氏體基體，增強(qiáng)基體對(duì)Cr7C3碳化物的支撐，提高堆焊金屬的抗裂性能和耐磨性能。通過(guò)加入Ti、Nb、B、RE等合金元素進(jìn)行變質(zhì)處理、細(xì)化晶粒及多元微合金化，細(xì)化Cr7C3碳化物，并形成細(xì)小的碳化物(TiC、NbC)和硼化物(TiB、NbBQ硬質(zhì)相，進(jìn)一步提高堆焊金屬的抗裂性能和耐磨性能。
本發(fā)明的高鉻合金鑄鐵堆焊接新材料相應(yīng)的熔敷金屬化學(xué)成分范圍(wt% ) =C 2. 8-3. 0 ；Cr 19. 5-20. 5 ；Ni 1. 90-2. 50 ；Mn 0. 80-1. 20 ；Si 1. 45-1. 65 ；Mo 0. 45-0. 65 ； Ti 1. 20-1. 50 ；Nb 2. 40-2. 60 ；B 0. 002-0. 015 ；RE 0. 02-0. 05 ；S ^ 0. 035，P ^ 0. 040。本發(fā)明的堆焊材料產(chǎn)品形式為焊條和藥芯焊絲。焊條適用于耐磨層小缺陷的焊補(bǔ)修復(fù)；藥芯焊絲通過(guò)低碳鋼帶包裹合金粉末在專用設(shè)備上拔制而成，適用于鎢極氬弧焊 (TIG)焊補(bǔ)修復(fù)耐磨層缺陷和熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)自動(dòng)堆焊耐磨層。本發(fā)明的有益效果是現(xiàn)有的高鉻合金鑄鐵堆焊材料其堆焊金屬主要分為二種類型，即奧氏體型和馬氏體型。奧氏體型的耐磨性相對(duì)較低且有一定的裂紋傾向，而馬氏體型有明顯的裂紋傾向，這些缺點(diǎn)均明顯影響堆焊層的使用性能。本發(fā)明的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，通過(guò)優(yōu)化C、Cr、Ni、Mn、Mo、Si等合金元素加入量，控制初生Cr7C3碳化物形貌、尺寸及體積分?jǐn)?shù)，形成奧氏體+馬氏體基體，增強(qiáng)基體對(duì)Cr7C3碳化物的支撐；加入 Ti、Nb、B、RE等合金元素進(jìn)行變質(zhì)處理、細(xì)化晶粒及多元微合金化，細(xì)化Cr7C3碳化物，并形成細(xì)小的TiC、NbC、TiB、NbB5硬質(zhì)相，不僅提高堆焊金屬的抗裂性能而且改善其耐磨性能。采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊材料(焊條和藥芯焊絲)進(jìn)行水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面手工電弧焊補(bǔ)修復(fù)和熔化極氣體保護(hù)焊自動(dòng)堆焊耐磨層，堆焊層裂紋傾向比D618 焊條(YD646MO-2藥芯焊絲)平均降低30%，修復(fù)(堆焊)后磨輥使用壽命比D618焊條 (YD646MO-2藥芯焊絲)平均提高50%。
具體實(shí)施例方式例1，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊焊條，進(jìn)行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面焊補(bǔ)修復(fù)，堆焊工藝為，焊條直徑4. Omm ；焊接電流160A ；極性直流反接；預(yù)熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比D618焊條降低30%，修復(fù)后磨輥使用壽命比 D618焊條提高50%。堆焊熔敷金屬化學(xué)成分(wt%) =C :2. 9 ；Cr :20. 0 ；Ni :2. 25 ；Mn :1. 00 ； Si 1. 55 ；Mo 0. 55 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 50 ；B 0. 008 ；RE 0. 035 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例2，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊焊條，進(jìn)行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面焊補(bǔ)修復(fù)，堆焊工藝為，焊條直徑4. Omm ；焊接電流160A ；極性直流反接；預(yù)熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比D618焊條降低40%，修復(fù)后磨輥使用壽命比 D618 焊條提高 40%。堆焊熔敷金屬化學(xué)成分(wt%) =C :2. 8 ；Cr :19. 5 ；Ni :1. 90 ；Mn :0. 80 ； Si 1. 45 ；Mo 0. 45 ；Ti 1. 20 ；Nb 2. 40 ；B 0. 002 ；RE 0. 02 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例3，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵堆焊焊條，進(jìn)行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面焊補(bǔ)修復(fù)，堆焊工藝為，焊條直徑4. Omm ；焊接電流160A ；極性直流反接；預(yù)熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比D618焊條降低25%，修復(fù)后磨輥使用壽命比 D618 焊條提高 50%。堆焊熔敷金屬化學(xué)成分(wt%) =C :3. 0 ；Cr :20. 5 ；Ni :2. 50 ；Mn :1. 20 ； Si 1. 65 ；Mo 0. 65 ；Ti 1. 50 ；Nb 2. 60 ；B 0. 015 ；RE 0. 05 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。例4，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵藥芯焊絲，進(jìn)行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面鎢極氬弧焊(TIG)焊補(bǔ)修復(fù)，TIG堆焊工藝為，焊絲直徑2. Omm;焊接電流 150A ；預(yù)熱溫度380°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比YD646MO-2藥芯焊絲降低30%，修復(fù)后磨輥使用壽命比YD646MO-2藥芯焊絲提高50%。堆焊熔敷金屬化學(xué)成分) =C 2. 85 ；Cr 19. 8 ；Ni 2. 31 ；Mn 0. 98 ；Si 1. 57 ；Mo 0. 52 ；Ti 1. 37 ；Nb 2. 54 ；B 0. 006 ；RE 0. 03 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。 例5，采用本發(fā)明的新型高鉻合金鑄鐵藥芯焊絲，進(jìn)行HFCG120-45型水泥粉磨系統(tǒng)磨輥表面熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)自動(dòng)堆焊耐磨層，MIG堆焊工藝為，焊絲直徑 2. Omm ；焊接電流280A ；預(yù)熱溫度400°C，焊后緩冷。堆焊層裂紋傾向比YD646Mo_2藥芯焊絲降低30%，修復(fù)后磨輥使用壽命比YD646MO-2藥芯焊絲提高50%。堆焊熔敷金屬化學(xué)成分(wt % ) =C 2. 91 ；Cr 19. 7 ；Ni 2. 29 ；Mn 1. 10 ；Si 1. 61 ；Mo 0. 59 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 51 ； B 0. 008 ；RE 0. 04 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
權(quán)利要求
1.一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，其堆焊熔敷金屬的化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量 Wt % 為C :2. 8-3. 0 ；Cr :19. 5-20. 5 ；Ni :1. 90-2. 50 ；Mn :0. 80-1. 20 ； Si 1. 45-1. 65 ；Mo 0. 45-0. 65 ；Ti 1. 20-1. 50 ；Nb 2. 40-2. 60 ；B 0. 002-0. 015 ；RE 0. 02-0. 05 ；S ^ 0. 035, P ^ 0. 040。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量 wt % =C 2. 9 ；Cr 20. 0 ；Ni :2. 25 ；Mn :1. 00 ；Si :1. 55 ；Mo 0. 55 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 50 ；B 0. 008 ；RE 0. 035 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量 wt % =C 2. 8 ；Cr 19. 5 ；Ni :1. 90 ；Mn :0. 80 ；Si :1. 45 ；Mo 0. 45 ；Ti 1. 20 ；Nb 2. 40 ；B 0. 002 ；RE 0. 02 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量 wt % =C 3. 0 ；Cr 20. 5 ；Ni :2. 50 ；Mn :1. 20 ；Si :1. 65 ；Mo 0. 65 ；Ti 1. 50 ；Nb 2. 60 ；B 0. 015 ；RE 0. 05 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量 wt %為C 2. 85 ；Cr :19. 8 ；Ni :2. 31 ；Mn :0. 98 ；Si :1. 57 ； Mo 0. 52 ；Ti 1. 37 ；Nb 2. 54 ；B 0. 006 ；RE 0. 03 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，其特征在于，所述堆焊熔敷金屬化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量襯％為C 2. 91 ；Cr 19. 7 ；Ni :2. 29 ；Mn :1. 10 ；Si :1. 61 ； Mo 0. 59 ；Ti 1. 35 ；Nb 2. 51 ；B 0. 008 ；RE 0. 04 ；S 彡 0. 035，P 彡 0. 040。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高鉻合金鑄鐵堆焊新材料，屬于冶金加工技術(shù)。技術(shù)方案是其堆焊熔敷金屬的化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量wt％為C2.8-3.0；Cr19.5-20.5；Ni1.90-2.50；Mn0.80-1.20；Si1.45-1.65；Mo0.45-0.65；Ti1.20-1.50；Nb2.40-2.60；B0.002-0.015；RE0.02-0.05；S≤0.035，P≤0.040。通過(guò)優(yōu)化C、Cr、Ni、Mn、Mo、Si等加入量，增強(qiáng)基體對(duì)Cr7C3碳化物支撐；加入Ti、Nb、B、RE進(jìn)行變質(zhì)處理、細(xì)化晶粒及多元微合金化，提高了堆焊金屬的抗裂性能并改善其耐磨性能。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102335798SQ20111025392
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者任振安, 孫大千, 宣兆志, 殷世強(qiáng), 谷小燕, 邱小明 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)