本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、錘式破碎機錘頭、沖擊破碎機的沖擊板機打擊板等件，它們在高速旋轉(zhuǎn)中將礦石擊碎(或?qū)⒏咚贈_上來的礦石撞碎)。高應(yīng)力沖擊磨料磨損行為廣泛存在于礦山、能源、冶金、電力等行業(yè)的機械設(shè)備中，由此造成的經(jīng)濟損失是非常巨大的。

2、高碳合金鋼、高鉻鋼、高鉻鑄鐵等耐磨材料硬度足夠但沖擊韌性偏低，易發(fā)生早期斷裂。傳統(tǒng)奧氏體耐磨錳鋼沖擊韌性充足但原始硬度偏低，強沖擊時產(chǎn)生表面加工硬化，同時高錳鋼屈服強度較低(約350mpa)，在使用中尤其是使用前期工件易發(fā)生塑性變形。低合金耐磨鋼硬度和沖擊韌性雖然都能滿足要求，但由于其合金含量低，淬透性差，基體組織中硬質(zhì)相含量少，綜合耐磨性能欠佳。

3、傳統(tǒng)的藥芯焊絲多為自保護耐磨堆焊藥芯焊絲，在藥芯中需要加入少量的造渣劑和造氣劑，目的為保護焊縫、改善焊接性、改善堆焊合金的綜合力學(xué)性能。等離子堆焊中有氬氣保護焊縫，可發(fā)揮造渣劑和造氣劑的作用。目前少有針對等離子堆焊的藥芯焊絲，因此開發(fā)針對等離子堆焊的新型藥芯焊絲變得尤為重要，可滿足工程實際需要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲及其制備方法，通過添加mn、nb、mo、v、b、ti解決高應(yīng)力沖擊磨損時合金層易產(chǎn)生裂紋、容易剝落的問題。能夠適應(yīng)強烈沖擊的工況條件，具有抗高應(yīng)力沖擊、抗裂紋擴展、耐磨粒磨損性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲，包括外皮和藥芯，所述藥芯由以下重量百分比的原料組成：石墨粉1wt％～3wt％、高碳鉻鐵粉1wt％～3wt％、微碳鉻鐵15wt％～27％，碳化鉻粉13wt％～22wt％、鉬鐵粉1wt％～5wt％、釩鐵粉1wt％～4wt％、鈮鐵1wt％～5％、碳化硅粉1wt％～2wt％、硼鐵5wt％～15％、碳化鈦粉1wt％～5％，電解錳粉1wt％～3wt％，余量為還原鐵粉；所述外皮為低碳冷軋鋼帶。

4、所述的高碳鉻鐵粉、微碳鉻鐵粉、碳化鉻粉末、電解錳粉、還原鐵粉的粉末粒徑≤250um；所述的鉬鐵粉、釩鐵粉、鈮鐵粉、硼鐵粉、碳化硅粉、碳化鈦粉的粉末粒徑≤180um；石墨粒徑≤75um。

5、所述藥芯焊絲的直徑為1.2～2.8mm。

6、一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲的制備方法，包括以下步驟：

7、1)將所述藥芯的原料混勻，置于真空加熱爐內(nèi)加熱烘干，待藥芯粉末冷卻至室溫后，再置于混粉機中進行充分的混合，得到混合藥芯粉末；

8、2)低碳冷軋鋼帶制成u形槽，向u形槽中加入占所述藥芯焊絲總重量30％～50％混合藥芯粉末；將u形槽合口，藥芯包裹其中，通過逐道拉拔、減徑，最后得到直徑為1.2～2.8mm的藥芯焊絲。

9、步驟1)中所述的烘干溫度為200～250℃，烘干時間為90～180min。

10、步驟1)混粉機中混粉時間為30～60min。

11、fe-cr-c系合金主要強化相為m7c3碳化物，耐磨性能良好且價格低廉，是應(yīng)用最廣泛的鐵基耐磨材料。m7c3碳化物在低應(yīng)力磨料磨損環(huán)境下應(yīng)用效果較好，但m7c3碳化物抵抗高應(yīng)力磨損的能力不足，受到?jīng)_擊時容易開裂和剝落。且當(dāng)m7c3型碳化的體積分?jǐn)?shù)超過35％時，堆焊合金的硬度不再增加，產(chǎn)生裂紋的傾向增大。

12、為了提高耐高應(yīng)力沖擊磨損的能力，需要降低c元素和cr元素含量，通過添加nb、mo、v、b、ti多種元素來提高堆焊合金的耐沖擊磨損能力。在堆焊金屬中，ti與c可以形成tic，其顯微硬度可達hv3200，對堆焊合金起彌散強化作用。并且ti可以作為熔池中金屬的形核質(zhì)點，阻礙碳原子的擴散，促進堆焊合金晶粒細化。nb可以生成nbc，熔點為3500℃，顯微硬度為hv2400。nb可以提高焊縫的沖擊韌性，有效地細化晶粒強化組織。nb還可以吸收過量的c原子，降低基體的含碳量，改善堆焊合金的韌性和耐磨性。v元素可以生成細小的碳化物vc與v2c，也可抑制晶粒的生長。除了形成單獨的tic、vc、nbc等，多種合金元素的添加還會形成(nb,ti,v)c復(fù)合碳化物，復(fù)合碳化物比(cr,fe)7c3碳化物具有更高的硬度和熱穩(wěn)定性，可以進一步提高堆焊合金組織穩(wěn)定性及耐磨性。此外，使用多元復(fù)合添加的方法可能在保證形成mc型一次復(fù)合碳化物的條件下，將強碳化物形成元素的添加總量控制在較低的水平，從而達到節(jié)約成本、少量多元強化的目的。

13、b在fe-cr-c系合金中主要是作為一種間隙原子存在，與碳的作用相當(dāng)，能夠與合金元素相互作用直接形成硼化物，提高堆焊合金的硬度和耐磨性。另外，硼也可以代替一部分碳，固溶到mc和m7c3碳化物中，增加這些碳化物的硬度。硼在鐵基體中的固溶量很小，一般聚集在晶界附近，能起到晶界強化的作用。適量的硼能夠細化基體組織和碳化物晶粒，提高鐵基堆焊合金的淬透性、硬度和耐磨性。且b會與fe、ti等元素形成tib2、fe2b等硼化物，細小彌散分布，起到彌散強化的作用，也能明顯細化晶粒。初生碳化物呈細桿狀垂直于磨損面?；w組織由馬氏體和少量奧氏體組成，強化相和基體強韌性匹配良好，在提高堆焊合金的抗高應(yīng)力磨損方面有很大優(yōu)勢。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、1、本發(fā)明的藥芯中通過添加mn、nb、mo、v、b、ti解決高應(yīng)力沖擊磨損時合金層易產(chǎn)生裂紋、容易剝落的問題，并具有熔敷金屬耐磨粒磨損、抗高應(yīng)力沖擊性能，滿足高應(yīng)力沖擊磨損的服役工況要求。

16、2、本發(fā)明制備到堆焊合金組織中，形成了大量亞微米級的nb、tic、vc、fe2b等多種細小硬質(zhì)相，它們均勻分布在晶界和晶內(nèi)處，起到彌散強化和細晶強化的作用，提高基體的硬度至60～65hrc。

17、3、本發(fā)明的藥芯焊絲可以大大提高堆焊合金的硬度和耐磨性，且不會降低堆焊合金的韌性；堆焊層中無裂紋，無氣孔、夾渣、咬邊等缺陷；堆焊層沖擊磨損實驗中無裂紋、無掉塊現(xiàn)象。

18、4、本發(fā)明中無需造渣劑和造氣劑，僅通過藥芯粉末的合理配比和氮氣保護實現(xiàn)堆焊層的抗高應(yīng)力磨損性能，經(jīng)濟實用性強。

技術(shù)特征：

1.一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲，其特征在于，包括外皮和藥芯，所述藥芯由以下重量百分比的原料組成：石墨粉1wt％～3wt％、高碳鉻鐵粉1wt％～3wt％、微碳鉻鐵15wt％～27％，碳化鉻粉13wt％～22wt％、鉬鐵粉1wt％～5wt％、釩鐵粉1wt％～4wt％、鈮鐵1wt％～5％、碳化硅粉1wt％～2wt％、硼鐵5wt％～15％、碳化鈦粉1wt％～5％，電解錳粉1wt％～3wt％，余量為還原鐵粉；所述外皮為低碳冷軋鋼帶。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述的高碳鉻鐵粉、微碳鉻鐵粉、碳化鉻粉末、電解錳粉、還原鐵粉的粉末粒徑≤250um；所述的鉬鐵粉、釩鐵粉、鈮鐵粉、硼鐵粉、碳化硅粉、碳化鈦粉的粉末粒徑≤180um；石墨粒徑≤75um。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲的直徑為1.2～2.8mm。

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述的烘干溫度為200～250℃，烘干時間為90～180min。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，步驟1)混粉機中混粉時間為30～60min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種耐高應(yīng)力沖擊磨損等離子堆焊藥芯焊絲及其制備方法，包括外皮和藥芯，所述藥芯由以下重量百分比的原料組成：石墨粉1wt％～3wt％、高碳鉻鐵粉1wt％～3wt％、微碳鉻鐵15wt％～27％，碳化鉻粉13wt％～22wt％、鉬鐵粉1wt％～5wt％、釩鐵粉1wt％～4wt％、鈮鐵1wt％～5％、碳化硅粉1wt％～2wt％、硼鐵5wt％～15％、碳化鈦粉1wt％～5％，電解錳粉1wt％～3wt％，余量為還原鐵粉；所述外皮為低碳冷軋鋼帶。優(yōu)點是：解決高應(yīng)力沖擊磨損時合金層易產(chǎn)生裂紋、容易剝落的問題，并具有熔敷金屬耐磨粒磨損、抗高應(yīng)力沖擊性能，滿足高應(yīng)力沖擊磨損的工況要求。

技術(shù)研發(fā)人員：司姍姍,李彬周,姜圓博,張大越,王一甲,郭秀芳,徐海濤,劉寶權(quán),孫瑞琪
受保護的技術(shù)使用者：鞍鋼集團北京研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5