本發(fā)明涉及一種硬面堆焊合金材料。使用該堆焊合金材料進(jìn)行焊接時(shí)能形成以mc型碳化物為主要硬質(zhì)相的硬面層,用于堆焊制造硬面層使得基體表面獲得高硬度、高耐磨性以及優(yōu)良的耐腐蝕性和耐高溫性,該堆焊合金材料可應(yīng)用于工件表面修復(fù)及實(shí)芯、藥芯焊絲的開發(fā)中。
背景技術(shù):
就目前國(guó)內(nèi)外高硬度堆焊材料的研究狀況來看,高硬度、耐磨性合金多為高鉻鑄鐵型合金系,由于其硬面層含有大量的共晶碳化物m7c3、m23c6從而能夠得到很高的硬度。但其韌性很差容易產(chǎn)生剝落,而且脆性也很大極易產(chǎn)生裂紋,其硬面層的綜合性能有待提高。
相較高鉻鑄鐵型合金體系,鐵基堆焊合金體系種類多,價(jià)格相對(duì)低廉并且可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性的良好匹配,焊接性相比高鉻鑄鐵型合金系也較好,具有優(yōu)良的綜合性能。目前,相關(guān)的科研學(xué)者對(duì)鐵基堆焊合金進(jìn)行了比較多的研究。硬面層硬度、耐磨等性能主要取決于顯微組織和第二相質(zhì)點(diǎn)的尺寸與分布情況。
專利號(hào)為zl200810304930.0的中國(guó)專利公開了一種用于堆焊修復(fù)冷軋支承輥的鐵基堆焊材料。堆焊得到的硬面層硬度達(dá)到46hrc~50hrc,但所能達(dá)到的硬度仍然不夠高。由于合金中cr、c的含量較高,硬面層中以生成復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的m7c3型碳化物作為硬質(zhì)相,且呈條狀形態(tài)分布,相較點(diǎn)狀彌散分布的mc型碳化物,其硬面層的硬度及韌性仍有待提高。
專利號(hào)為zl201210393554.3的中國(guó)專利公開了一種含mo、cr元素陶瓷相的耐磨堆焊合金,用于提高堆焊合金的高溫硬度及抗粘著磨損,大大降低了制造成本,但同樣該合金的cr、c的含量較高,以m7c3為主要硬質(zhì)相,仍然不如相對(duì)細(xì)小的mc型碳化物的性能優(yōu)良。
專利號(hào)為zl200780013313.9的中國(guó)專利公開了一種用于改良抗裂性的硬面堆焊合金。通過控制基質(zhì)晶粒尺寸并平衡鈦和/或鈮與碳和/或硼的含量,細(xì)化了鉻碳化物硬質(zhì)相并有效地降低了硬面層中鉻碳化物的尺寸,進(jìn)而提高了硬面層的抗裂性、耐磨性以及硬度,其硬度達(dá)到55hrc~63hrc。但設(shè)計(jì)的合金粉末仍然是以鉻的碳化物為主要硬質(zhì)相。并且添加貴重金屬元素的含量較多,進(jìn)而增加了成本,不夠經(jīng)濟(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有的硬面堆焊合金存在的不足,本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是,提供一種硬面堆焊合金材料。該堆焊合金材料中添加有適量的ni、nb元素,在焊接使用時(shí)能獲得以更為細(xì)小的mc型碳化物作為主要硬質(zhì)相的硬面層,同時(shí)有效降低了較為粗大的m23c6的生成量,并以強(qiáng)韌性的馬氏體基體作為硬質(zhì)相mc碳化物的支承,最終得到由強(qiáng)韌的馬氏體基體和彌散分布的細(xì)小mc型碳化物為主要硬質(zhì)相所組成的硬面層,在提高硬面層硬度的前提下,保證了其良好的抗裂性及耐磨性,有效改善硬面層的強(qiáng)韌匹配。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:提供一種硬面堆焊合金材料,該合金材料的組成元素質(zhì)量百分比為:nb:1.0~2.5wt%,ni:0~2.0wt%,c:0.3~0.5wt%,si:0.2~0.5wt%,mn:1.0~1.5wt%,cr:3.0~4.0wt%,mo:1.5~2.0wt%,w+v+ti:2.0~2.5wt%,余量為fe。
上述合金材料的原料為:中碳錳鐵、高碳鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、釩鐵、鎢鐵、鈦鐵、高碳錳鐵、還原鐵粉、純鈮粉及鎳粉。
上述合金材料的焊接方法,該方法利用鎢極氬弧熱源將合金材料熔敷在鋼板的表面,該方法中選擇鎢極直徑為3.2mm,氬氣流量為6-8l.min-1,焊接電流為120-140a,焊接電壓為16-20v,焊接速度為50-60mm.min-1。
一種藥芯焊絲,該焊絲由上述的合金材料的原料均勻混合后裝入h08管絲包皮鋼帶上而制成,焊絲的填充率為15-20%,藥芯焊絲的直徑為ф1.0-1.4。
上述焊絲的焊接方法,該方法利用冷金屬過渡技術(shù)將該焊絲堆焊到待焊接母材上,控制送絲速度為4.5-5m/min,焊接速度為5-7mm/s,焊槍角度為65-90°。
上述焊絲的焊接方法,該方法利用熔化極惰性氣體保護(hù)焊將該焊絲堆焊到42crmo鋼板上,該方法中選擇鎢極直徑為3.2mm,氬氣流量為14-16l.min-1,焊接電流為130-150a,焊接電壓為16-20v,焊接速度為30-50mm.min-1。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明合金材料在保證強(qiáng)度、硬度的前提下盡量降低含碳量,用以提高硬面層的焊接性及抗沖擊性能,與碳含量相匹配,添加強(qiáng)化合金元素,控制組織為低碳馬氏體+大量彌散分布的mc型碳化物,實(shí)現(xiàn)硬面層在高硬度和耐磨性的同時(shí)保持良好的韌性,并利用硅和錳元素進(jìn)行共同脫氧、脫硫,防止氧、硫等元素對(duì)硬面層性能的影響;即通過添加適量的ni、nb來獲得彌散分布的mc型碳化物及韌性較好的板條馬氏體基體,進(jìn)而在提高硬度的同時(shí)又能提高韌性。而現(xiàn)有的堆焊合金大多是以得到鉻、鎢的碳化物作為硬面層中的主要硬質(zhì)相,雖然能提高硬面層的硬度及耐磨性,但由于鉻、鎢的碳化物的尺寸較大且分布不均勻,導(dǎo)致硬面層的韌性較差且脆性較大,容易剝落,極易產(chǎn)生裂紋,極大地影響了硬面層的綜合性能。
鐵基堆焊合金層顯微組織中馬氏體的硬度最高,可以有效的提高材料表面的硬度,且板條馬氏體具有分布不均勻的高密度位錯(cuò),使其有低密度區(qū)存在,給位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)提供了比較充足的空間,因此韌性很好,具有高的強(qiáng)韌性。相較復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的m3c(hv840-hv1340)、m23c6(hv1300-hv1400)、m7c3(hv1300-hv1800)型碳化物,簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的mc型碳化物具有高硬度(hv2000-hv3000),在磨損過程中可以起到耐磨質(zhì)點(diǎn)以及耐磨骨架的作用,可以大大的提高了材料的耐磨性;同時(shí)mc型碳化物易呈團(tuán)塊狀、球狀、短桿狀分布,較為圓潤(rùn)且尺寸細(xì)小,對(duì)基體的割裂性小,進(jìn)而韌性較好。
本發(fā)明合金材料中添加少量的ni、nb元素,同時(shí)減少碳的含量,在焊接使用時(shí)能得到在強(qiáng)韌性的馬氏體基體保護(hù)下的mc型碳化物硬質(zhì)相,能夠使硬面層兼具良好的耐磨質(zhì)點(diǎn)和耐磨框架,進(jìn)而得到綜合性能優(yōu)良的硬面層;同時(shí)本發(fā)明合金材料中所添加的貴金屬的含量均較少,能顯著降低成本,減少污染。
附圖說明
圖1:使用實(shí)施例3的合金材料進(jìn)行堆焊后得到的硬面層金相照片圖。
圖2:使用實(shí)施例3的合金材料進(jìn)行堆焊后得到的硬面層掃描金相圖片。
圖3:使用實(shí)施例3的合金材料進(jìn)行堆焊后得到的硬面層進(jìn)行耐磨試驗(yàn)得到的耐磨形貌圖。
圖4:使用實(shí)施例2-5的合金材料進(jìn)行堆焊后分別得到的硬面層的x射線衍射圖譜。
圖5:使用實(shí)施例3的合金材料進(jìn)行堆焊后得到的硬面層進(jìn)行耐磨試驗(yàn)得到的耐磨系數(shù)隨時(shí)間變化曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明,但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。
本發(fā)明硬面堆焊合金材料(簡(jiǎn)稱合金材料)的組成元素質(zhì)量百分比為:nb:1.0~2.5wt%,ni:0~2.0wt%,c:0.3~0.5wt%,si:0.2~0.5wt%,mn:1.0~1.5wt%,cr:3.0~4.0wt%,mo:1.5~2.0wt%,w+v+ti:2.0~2.5wt%,余量為fe。
優(yōu)選合金材料的組成元素質(zhì)量百分比為:nb:1.0~2.0wt%,ni:1.0~2.0wt%,c:0.3~0.5wt%,si:0.2~0.4wt%,mn:1.0~1.5wt%,cr:3.0~4.0wt%,mo:1.5~2.0wt%,w+v+ti:2.0~2.5wt%,余量為fe。
上述合金材料的原料為:中碳錳鐵、高碳鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、釩粉、鎢鐵、鈦鐵、高碳錳鐵、還原鐵粉、純鈮粉及鎳粉。
本發(fā)明合金材料能夠用于工件表面修復(fù)后或制成實(shí)芯焊絲、藥芯焊絲。
本發(fā)明一種藥芯焊絲,該焊絲由上述的合金材料的原料均勻混合后裝入h08管絲包皮鋼帶上而制成,焊絲的填充率為15-20%,藥芯焊絲的直徑為ф1.0-1.4。
本發(fā)明使用上述焊絲的焊接方法,該方法利用冷金屬過渡技術(shù)將該焊絲堆焊到待焊接母材上,控制送絲速度為4.5-5m/min,焊接速度為5-7mm/s,焊槍角度為65-90°。
本發(fā)明使用上述焊絲的焊接方法,該方法利用熔化極惰性氣體保護(hù)焊將該焊絲堆焊到待焊接母材上,該方法中選擇鎢極直徑為3.2mm,氬氣流量為14-16l.min-1,焊接電流為130-150a,焊接電壓為16-20v,焊接速度為30-50mm.min-1。
本發(fā)明使用上述合金材料的焊接方法,該方法利用鎢極氬弧熱源將合金材料熔敷在鋼板的表面,該方法中選擇鎢極直徑為3.2mm,氬氣流量為6-8l.min-1,焊接電流為120-140a,焊接電壓為16-20v,焊接速度為50-60mm.min-1。
本發(fā)明合金材料中各元素所起的作用如下:
碳:重要的強(qiáng)化元素,可以與nb、v、w、mo、cr等合金元素形成碳化物的硬質(zhì)相。本發(fā)明設(shè)計(jì)的合金材料中含碳量?jī)H為0.3~0.5wt%,更低的碳含量在提高合金粉末焊接性的同時(shí),還能與鈮、釩、鈦等強(qiáng)碳化物發(fā)生元素反應(yīng),生成mc型碳化物,通過細(xì)化組織、改善碳化物的分布形態(tài)來有效的提高硬面層的韌性。
鉻:中強(qiáng)碳化物形成元素,可以與碳以不同比例形成cr23c6、cr7c3、cr3c2等類型的碳化物。本發(fā)明設(shè)計(jì)的合金材料中鉻的含量?jī)H為3.0~4.0wt%,較低含量的鉻可以提高鋼的淬透性、耐熱性同時(shí)也可提高硬面層的強(qiáng)度、硬度以及耐磨性。
硅:縮小奧氏體相區(qū)的元素,具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,且有脫氧功能,并且可以改善熔池的流動(dòng)性,在回火熱處理的時(shí)候,硅對(duì)析出碳化物的形態(tài)、數(shù)量、尺寸都有影響,使回火穩(wěn)定性提高。本發(fā)明合金材料中添加少量的硅,其含量為0.2~0.5wt%,可以降低馬氏體轉(zhuǎn)變的起始溫度ms點(diǎn),會(huì)增加熔敷層中殘余奧氏體的含量,并且會(huì)提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性。
錳:擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體相區(qū)的元素,通過降低ms點(diǎn),提高了熔敷層的淬透性,從而可以獲得馬氏體組織。本發(fā)明合金材料中控制添加的錳的含量為1.0~1.5wt%,在焊接時(shí),少量的mn即可以用來脫硫,形成mns,降低熱裂傾向,使焊縫的抗熱裂紋性能提高。
鉬:顯著提高熔敷層的淬透性,且有固溶強(qiáng)化的作用,可以防止回火脆性,改善熔敷層的沖擊韌性,并且是熔敷層回火發(fā)生二次硬化的重要決定元素,熔敷層的耐磨性和硬度會(huì)隨著mo含量的增加而增加,還具有改善碳化物形態(tài)的作用,可以加強(qiáng)碳化物在晶界上的彌散分布。本發(fā)明合金材料中選擇添加含量為1.5~2.0wt%的鉬,含量較少,當(dāng)mo含量≥3%時(shí),二次硬化峰值過高,過高的鉬會(huì)損壞硬面層的塑性和韌性。
鎢:強(qiáng)碳化物形成元素,可以與碳形成碳化鎢,可以顯著提高熔敷層的耐磨性,還可以提高回火穩(wěn)定性。
釩:強(qiáng)碳化物形成元素,碳化釩的硬度約為2094hv,釩元素具有細(xì)化晶粒的作用,可以提高材料的韌性、強(qiáng)度。
鈦:能夠提高熔敷層的硬度、耐磨性,且還可以保證熔敷層高溫穩(wěn)定性。碳化鈦的硬度約為3200hv。因?yàn)殁伵c碳結(jié)合的碳化物熔點(diǎn)高,可以細(xì)化凝固組織,有效改善熔敷層韌性。
鈮:強(qiáng)碳化物形成元素,碳化鈮的硬度約為2055hv,碳化鈮的熱穩(wěn)定性好,不易分解,不易氧化,能夠阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大,具有細(xì)化晶粒的作用,可以提高熔敷層的強(qiáng)度、硬度、耐磨性。本發(fā)明合金材料中控制鈮的添加量為1.0~2.5wt%,該范圍中的鈮含量能控制mc型碳化物的含量及分布,減少尺寸粗大的m23c6型碳化物的生成。過多的鈮會(huì)消耗較多的碳,使組織淬硬傾向下降,從而降低硬面層的強(qiáng)度、硬度以及耐磨性;另外,過多的鈮也將促進(jìn)脆性laves相的生成。
鎳:擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素,可縮小鐵素體相區(qū),不會(huì)形成碳化物,同時(shí)提高奧氏體的穩(wěn)定性,提高熔敷層的淬透性、塑性、韌性、抗疲勞性。且鎳含量的增加會(huì)提高殘余奧氏體的生成量,殘余奧氏體可以有利于提高熔敷層的強(qiáng)韌性。本發(fā)明合金材料中添加適量的鎳,其含量為0~2.0wt%,與一定量的c、nb等元素匹配,能顯著提高硬面層的韌性,實(shí)現(xiàn)硬面層良好的強(qiáng)韌性。
實(shí)施例1
本實(shí)施例硬面堆焊合金材料的組成元素質(zhì)量百分比為:nb:1.0wt%,ni:1.0wt%,c:0.5wt%,si:0.5wt%,mn:1.5wt%,cr:3.0wt%,mo:2.0wt%,w+v+ti:2.5wt%(w:1.0wt%,v:1.0wt%,ti:0.5wt%),余量為fe。
本實(shí)施例的合金材料所用原料組成(按質(zhì)量百分比計(jì))為:中碳錳鐵0.8%,高碳鉻鐵4.4%,硅鐵0.4%,鉬鐵3.2%,釩鐵1.0%,鎢鐵2.0%,鈦鐵0.2%,高碳錳鐵1.0%,還原鐵粉85%,鈮粉1.0%,鎳粉1.0%。其中鎳粉、鈮粉的純度為≥0.99,其他的原料是依據(jù)市面標(biāo)準(zhǔn)使用的。
利用本實(shí)施例合金材料對(duì)基材42crmo鋼(化學(xué)成分見下表1)采用tig熔覆進(jìn)行表面堆焊,檢測(cè)堆焊后硬面層效果,主要考察硬面層的組織、硬度以及耐磨性。
表142crmo鋼化學(xué)成分
本實(shí)施例用鎢極氬弧熱源(tig)將合金材料熔敷在鋼板的表面,焊機(jī)為唐山松下手工鎢極氬弧焊機(jī)(產(chǎn)品型號(hào)為:yc-500wx)。具體優(yōu)選焊接工藝參數(shù)見表2。
表2tig焊接工藝參數(shù)
實(shí)施例2-6
實(shí)施例2-6的合金材料的元素組成及焊接方法與實(shí)施例1相同,不同之處在于改變鎳和鈮元素的含量。
對(duì)比例1
對(duì)比例合金材料的原料種類同實(shí)施例1,不同之處在于,對(duì)比例1的合金材料中無鎳元素,鈮元素含量為4.0%。
實(shí)施例1-6及對(duì)比例1的相關(guān)元素含量見表3。
表3實(shí)施例1-6及對(duì)比例1所述合金材料的成分(wt.%)
將實(shí)施例2-6及對(duì)比例1的合金材料按照實(shí)施例1的焊接方式對(duì)基材42crmo鋼進(jìn)行表面堆焊,使用實(shí)施例1-6及對(duì)比例1的合金材料在平衡條件下進(jìn)行生成相模擬,所獲得的硬面層生成物如表4所示。
表4在平衡條件下進(jìn)行生成相模擬得到的硬面層的生成物
從表4中可知,在平衡條件下,實(shí)施例1-6的合金材料獲得的硬面層含有1.8-3.5%的mc型碳化物,該mc型碳化物為nbc,且沒有l(wèi)aves相生成,有效的降低了m23c6型碳化物的生成量,同時(shí)促進(jìn)mo2c碳化物的生成。從該模擬結(jié)果中可以看出本申請(qǐng)的合金材料在堆焊時(shí)能獲得mc型碳化物同時(shí)能有效的降低了m23c6的生成。mo2c具有很高的硬度以及良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性,也有利于提高硬面層的硬度和耐磨性。再結(jié)合實(shí)際堆焊熔覆層的x射線衍射圖譜(見附圖4)可以看出,非平衡條件下熔敷層的主要物相有(nb、ti)c、α-fe和殘余奧氏體(γ-fe)。由于鈮是強(qiáng)碳化物形成元素,會(huì)與基體中的碳結(jié)合生成鈮的碳化物,隨著鈮含量的增加,會(huì)有大量的碳化鈮生成,因此,碳化物的衍射峰逐漸增強(qiáng)。隨著鈮含量的增加馬氏體(α-fe)也有逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。圖1為使用實(shí)施例3的合金材料進(jìn)行堆焊后得到的硬面層的金相組織,從圖1中可以看出,出現(xiàn)了高密度的位錯(cuò),且位錯(cuò)分布不均勻,獲得的硬面層為板條馬氏體組織,在板條馬氏體基體上有呈彌散點(diǎn)狀分布的以mc型碳化物為主的硬質(zhì)相,碳化物的分散能進(jìn)一步提高硬面層的硬度、耐磨性。從對(duì)比例1中可以看出nb含量在4.0wt%的時(shí)候,會(huì)生成更多的mc型碳化物,但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的laves相,由于laves相的變形能力差,脆性嚴(yán)重,會(huì)對(duì)硬面層的硬度及耐磨性產(chǎn)生不良影響。
從上述分析可知,使用實(shí)施例1-6的合金材料進(jìn)行堆焊,均能得到以mc型碳化物為主要硬質(zhì)相且以馬氏體基體為支撐的硬面層。
下面對(duì)以實(shí)施例1-6及對(duì)比例1的合金材料進(jìn)行堆焊后,所獲得的硬面層進(jìn)行硬度測(cè)量以及耐磨性實(shí)驗(yàn),表5是硬面層的硬度測(cè)量數(shù)據(jù),表6為耐磨性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。進(jìn)行硬度測(cè)量時(shí)使用的是hr-150型洛氏硬度計(jì),選用m-200型磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性實(shí)驗(yàn)。
表5實(shí)施例1-6及對(duì)比例1的合金材料進(jìn)行堆焊后獲得硬面層的硬度
表6實(shí)施例1-6及對(duì)比例1的合金材料進(jìn)行堆焊后獲得硬面層的摩擦系數(shù)
從表5獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,使用本發(fā)明合金材料進(jìn)行堆焊,得到的硬面層硬度達(dá)到了50.4hrc~55.3hrc,而使用對(duì)比例1的合金材料進(jìn)行堆焊,得到硬面層硬度僅為35.5hrc。這主要是因?yàn)樘砑恿诉m量的ni、nb元素,由于nb的添加使得硬面層生成nbc硬質(zhì)相,顯著提高硬面層的硬度。對(duì)比實(shí)施例5和對(duì)比例1的數(shù)據(jù)可以看出,添加過多的nb反而會(huì)顯著降低硬面層的硬度。
圖2為實(shí)施例3的硬面層掃描形貌圖,從圖2中可以看出晶粒的細(xì)化較明顯,由于晶粒比較細(xì)小,增強(qiáng)了晶界強(qiáng)化作用,位錯(cuò)滑移的阻力就比較大,而且在晶界的碳化物比較細(xì)小,在晶內(nèi)彌散分布了大量點(diǎn)狀碳化物,因此產(chǎn)生了較高的硬度。
從表6獲得的硬面層的摩擦系數(shù)中可以看出,實(shí)施例1-6獲得的硬面層的摩擦系數(shù)在0.614~0.7116之間,而對(duì)比例1的摩擦系數(shù)相比實(shí)施例1-6較大,這是因?yàn)檩^多量的nbc生成會(huì)消耗基體中的碳,使基體的強(qiáng)度降低,nbc得不到基體的有效支撐和保護(hù),會(huì)發(fā)生剝落現(xiàn)象,形成磨粒,加大了熔敷層的磨損量,降低了硬面層的耐磨性。
對(duì)比實(shí)施例5和對(duì)比例1的硬度和摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)可知,當(dāng)nb含量過多時(shí)會(huì)生成更多的mc型碳化物,而硬面層的硬度及耐磨性均有降低,這是因?yàn)殡S著鈮含量的增加,nbc生成量逐漸增加,但是nbc如果太多會(huì)連接成網(wǎng)狀,影響熔敷層的性能,并且如果鈮含量過高,生成大量nbc會(huì)降低基體的含碳量,使基體貧碳,導(dǎo)致基體的硬度降低;同時(shí)laves相會(huì)隨著鈮含量的增加而增加,適量的laves相會(huì)提高熔敷層的耐磨性,但是如果生成的laves相過多會(huì)造成熔敷層性能的降低。
對(duì)比實(shí)施例5和實(shí)施例6的硬度和摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)可知,ni元素雖然在熔敷層中不與碳元素形成碳化物,但是鎳可以對(duì)貝氏體相變起到有效的抑制,進(jìn)而對(duì)馬氏體的形成有很好的促進(jìn)作用,可以為硬質(zhì)相提供強(qiáng)韌性的板條馬氏體基體,因此加入鎳能進(jìn)一步提高硬面層的耐磨性,也有助于硬面層硬度的提高。
圖3為實(shí)施例3進(jìn)行耐磨性實(shí)驗(yàn)后所拍攝的硬面層形貌圖,從圖3中可以看出,磨損主要是受到兩種磨損機(jī)制的作用,第一種是磨粒磨損,圖中可以看出受到磨粒磨損而產(chǎn)生的犁溝的痕跡,犁溝的數(shù)量及深淺寬度是判斷耐磨性好壞的重要依據(jù);第二種是粘著磨損,圖中看出有成片的粘著在磨損面的聚集成堆的磨屑,這是由于多次塑性變形微觀切削而產(chǎn)生的。磨粒磨損和粘著磨損在熔敷層的摩擦磨損過程中是同時(shí)的。從圖中邊上的磨粒堆積可以看出磨損較少,這是由于在磨損過程中,碳化物硬質(zhì)相起到非常重要的作用,對(duì)提高硬面層的耐磨性能影響很大,硬面層在磨損過程中由于板條馬氏體基體相對(duì)較軟,會(huì)較容易被硬質(zhì)顆粒切削掉,而碳化物由于硬度很高,不容易被切掉,會(huì)起到耐磨質(zhì)點(diǎn)和耐磨框架的作用。
圖5為實(shí)施例3的合金材料堆焊后的硬面層耐磨系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線,從圖5中也可以看出硬面層的摩擦系數(shù)曲線相對(duì)比較平穩(wěn),且摩擦系數(shù)在0.6-0.68左右,沒有出現(xiàn)很大幅度的變化,這說明得到的硬面層耐磨的性能比較穩(wěn)定,硬質(zhì)相的分布比較均勻,所設(shè)計(jì)的合金材料能顯著提高了硬面層的耐磨性。
實(shí)施例7
本實(shí)施例硬面堆焊合金材料的各元素的質(zhì)量百分比組成為:nb:2.0wt%,ni:1.5wt%,c:0.4wt%,si:0.3wt%,mn:1.2wt%,cr:3.5wt%,mo:1.8wt%,w+v+ti:2.2wt%,余量為fe。
實(shí)施例8
本實(shí)施例硬面堆焊合金材料的各元素的質(zhì)量百分比組成為:nb:1.2wt%,ni:0.5wt%,c:0.3wt%,si:0.2wt%,mn:1.0wt%,cr:3.5wt%,mo:2.0wt%,w+v+ti:2.0wt%,余量為fe。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試可知,使用實(shí)施例7-8的合金材料進(jìn)行堆焊也均能顯著提高硬面層硬度,同時(shí)改善硬面層的耐磨性、抗裂性。
實(shí)施例9
本實(shí)施例將實(shí)施例3的合金材料均勻混合裝入h08管絲包皮鋼帶上制成藥芯焊絲,其中填充率為18%,藥芯焊絲的的直徑為ф1.2。利用mig(熔化極惰性氣體保護(hù)焊)將該焊絲堆焊到42crmo鋼板上,其焊接工藝如下表7。
表7mig焊接工藝參數(shù)
使用該工藝進(jìn)行堆焊所得到的硬面層的硬度為54hrc,摩擦系數(shù)為0.6215。與實(shí)施例3接近,硬度、韌性及耐磨性均能夠滿足需求。
實(shí)施例10
本實(shí)施例將實(shí)施例3的合金材料均勻混合裝入h08管絲包皮鋼帶上制成藥芯焊絲,其中填充率為18%,藥芯焊絲的的直徑為ф1.2。利用cmt(coldmetaltransfer)冷金屬過渡技術(shù)將該焊絲堆焊到42crmo鋼板上,其焊接工藝如下表8。
表8cmt焊接工藝參數(shù)
使用該工藝進(jìn)行堆焊所得到的硬面層的硬度為55.1hrc,摩擦系數(shù)為0.6115。與實(shí)施例3接近,硬度、韌性及耐磨性均能夠滿足需求。
通過以上實(shí)施例1~6和實(shí)施例9、10不同焊接方法的對(duì)比,說明本發(fā)明設(shè)計(jì)的合金材料可以適用于多種焊接方法,有非常好的實(shí)用前景。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
需要理解到的是:上述設(shè)計(jì)說明是對(duì)本發(fā)明的限制,在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi),所進(jìn)行的原材料替換、微改等,也應(yīng)在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。