一種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，以低碳鋼帶為外皮，藥芯成分按質(zhì)量百分比為：55～65％的高碳鉻鐵，16～24％的鎳粉，0.5～1％的60目石墨，1～2％的200目石墨，1～5％的60目硼鐵，1～3％的200目硼鐵，1～2％的60目鋁鎂合金，1～2％的200目鋁鎂合金，1～2％的60目錳粉，1～3％的200目錳粉，余量為鐵粉，藥芯粉末按本發(fā)明焊絲總重的50?56％。本發(fā)明提供的焊絲，通過添加不同粒度的藥芯組分，保證了良好的焊接工藝性能，并通過在藥芯中加入適量的Ni，促使堆焊合金高鉻鑄鐵型過共晶組織基體中奧氏體數(shù)量增多，同時(shí)基體固溶強(qiáng)化效果明顯，堆焊合金得以有效韌化，抗裂性大大增強(qiáng)，且焊接工藝性能良好，熔敷效率高，多層焊無需清渣。
【專利說明】
一種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域，具體地涉及一種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保 護(hù)堆焊藥芯焊絲及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 堆焊作為一種綠色制造工藝，廣泛應(yīng)用于各類耐磨部件的修復(fù)或再制造。由于成 本低廉加之便于制備，以M7C 3型碳化物(M = Cr，F(xiàn)e)為耐磨骨架的高鉻鑄鐵堆焊合金得到廣 泛應(yīng)用。高鉻鑄鐵堆焊合金過共晶組織中粗大的M7C 3型碳化物，一方面對(duì)于提高耐磨性多有 裨益，另一方面其本身容易出現(xiàn)冶金缺陷及微裂紋，脆性很大，成為堆焊合金在服役過程中 發(fā)展成為宏觀裂紋甚至開裂破壞的重要原因。因此，克服傳統(tǒng)高鉻鑄鐵型堆焊合金抗裂性 差的缺陷，是近年來發(fā)展堆焊技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)課題。
[0003] 通常采用降低C及合金元素含量的辦法，使得高鉻鑄鐵型堆焊合金由過共晶組織 向亞共晶組織轉(zhuǎn)變，以獲得足夠的韌性;然而降低C及合金元素含量會(huì)同時(shí)導(dǎo)致堆焊合金硬 度明顯下降，耐磨性也無法得以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鎳韌化高鉻鑄鐵 型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲及其制備方法。
[0005] 技術(shù)內(nèi)容:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊 藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，所述的藥芯成分質(zhì)量百分含量范圍如 下:55~65%的高碳絡(luò)鐵，16~24%的鎳粉，0· 5~1 %的60目石墨，1~2%的200目石墨，1~ 5%的60目硼鐵，1~3%的200目硼鐵，1~2%的60目鋁鎂合金，1~2%的200目鋁鎂合金，1 ~2 %的60目錳粉，1~3 %的200目錳粉，余量為鐵粉，藥芯粉末按本發(fā)明焊絲總重的50-56% 〇
[0006] 最為優(yōu)選，所述的高碳鉻鐵含碳量為9~10wt%，含鉻量為60~70wt%，其余為鐵； 所述的硼鐵含硼量為19~25wt%，其余為鐵;所述的鋁鎂合金含鋁量為47~53wt%，其余為 鎂。
[0007] 優(yōu)選地，所述藥芯中不同粒度的石墨:60目的石墨和200目的石墨，并以質(zhì)量比0.5 ~1:1~2組合的方式加入。
[0008] 優(yōu)選地，所述藥芯中不同粒度的硼鐵:60目的石墨和200目的石墨，并以質(zhì)量比1~ 5:1~3組合的方式加入。
[0009] 優(yōu)選地，所述藥芯中不同粒徑的鋁鎂合金:60目的鋁鎂合金和200目的鋁鎂合金， 并以質(zhì)量比1~2:1~2組合的方式加入。
[0010] 優(yōu)選地，所述藥芯中不同粒徑的錳粉:60目的錳粉和200目的錳粉，并以質(zhì)量比1~ 2:1~3組合的方式加入。
[0011]優(yōu)選地，所述藥芯中，所述藥芯中的高碳鉻鐵、鎳粉及鐵粉組分的粒徑均等于80 目。
[0012]優(yōu)選地，所述藥芯中，所述低碳鋼帶厚度X寬度為ο · 5 X 21mm。
[0013] 優(yōu)選地，所述藥芯中，所述焊絲的直徑為2.8mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm和4.2mm中的 任意一種。
[0014] 上述鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲的制備方法，包括如下步驟：
[0015] (1)利用成型乳輥將低碳鋼鋼帶乳成U形，然后通過送粉裝置將本發(fā)明的藥芯粉末 按本發(fā)明焊絲總重的50-56%加入到U形槽中；
[0016] (2)將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá) 至Ij 2.8~4.2mm，得到最終產(chǎn)品。
[0017] 在上述藥芯中各組分主要作用如下：
[0018] 高碳鉻鐵:向堆焊金屬中過渡合金元素 Cr，并提供C元素。
[0019]鎳粉:擴(kuò)大基體組織中奧氏體相，并固溶強(qiáng)化基體組織。
[0020] 硼鐵:脫氧，降低熔池表面張力，改善焊道成形。
[0021] 石墨:提供C元素，脫氧形成C0,并降低焊接氣氛中的氧分壓和氮分壓。
[0022] 鋁鎂合金:脫氧，固氮，增強(qiáng)自保護(hù)效果。
[0023]錳粉:脫氧，增強(qiáng)自保護(hù)效果;過渡合金元素 Mn。
[0024]由上述技術(shù)方案和藥芯中各組分的作用簡述可以明了，本發(fā)明由于在藥芯中添加 了較大含量的Ni元素，其在堆焊合金組織中聚集于基體之中，其作為一種奧氏體形成元素， 將有效增加奧氏體物相，這將極有利于改善合金韌性，提高其抗裂性。另一方面，Ni存在于 基體中起到固溶強(qiáng)化作用，也起到一定的強(qiáng)化效果。堆焊組織由先析M 7C3碳化物，M3C碳化 物，馬氏體和Ni固溶強(qiáng)化的奧氏體構(gòu)成，該微觀組織是堆焊合金具有優(yōu)良耐磨性的基礎(chǔ)。 [0025]此外，藥芯中石墨、硼鐵、鋁鎂合金及錳粉的粒度均有兩種:60目和200目，以粒度 差異組合的方式添加。在整個(gè)焊接過程中，既有溫度極高的熔滴階段，又有溫度稍低的熔池 階段，無論哪個(gè)階段都需要有效避免空氣污染才能得到合格的焊接熔敷金屬，課題組通過 前期大量的工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過不同粒度的上述藥芯組分可以明顯改善焊絲的自保護(hù)效 果。這是不同粒度的粉末具有不同的氧化活性。通過成分粒度控制化學(xué)冶金反應(yīng)活性的新 思路，在藥芯中添加極細(xì)的200目石墨、硼鐵、鋁鎂合金及錳粉，利用其在焊接升溫階段進(jìn)行 有效的先期脫氧，同時(shí)在藥芯中添加較粗的60目石墨、鋁鎂合金及錳粉，使之保留在熔滴高 溫階段及熔池階段，也能夠進(jìn)行有效的脫氧造氣，從而保證在整個(gè)焊絲受熱、熔化、形成熔 滴、熔滴過渡、形成熔池并開始凝固的焊接冶金全程均具備良好的自保護(hù)效果，從而實(shí)現(xiàn)了 本焊絲在沒有添加任何礦物粉造渣劑的情況下，仍然能夠具備良好的焊接工藝性能及焊接 金屬表面成形。同時(shí)，多粒度脫氧劑的添加，保證在較小脫氧劑的添加條件下，取得良好自 保護(hù)效果，為藥芯配方中高碳鉻鐵、鎳粉等的足量添加創(chuàng)造了空間條件。
[0026]有益效果:本發(fā)明通過在藥芯中添加了較大含量的Ni元素，其在堆焊合金組織中 聚集于基體之中，其作為一種奧氏體形成元素，將有效增加奧氏體物相，這將極有利于改善 合金韌性，提高其抗裂性。另一方面，Ni存在于基體中起到固溶強(qiáng)化作用，也起到一定的強(qiáng) 化效果。此外，還通過成分粒度控制化學(xué)冶金反應(yīng)活性的新思路，在藥芯中分別組合添加極 細(xì)的200目和較粗的60目石墨、硼鐵、鋁鎂合金及錳粉，有效保證在整個(gè)焊絲受熱、熔化、形 成熔滴、熔滴過渡、形成熔池并開始凝固的焊接冶金全程均具備良好的自保護(hù)效果，從而實(shí) 現(xiàn)了本焊絲在沒有添加任何礦物粉造渣劑的情況下，仍然能夠具備良好的焊接工藝性能及 焊道表面成形。本發(fā)明的藥芯焊絲焊接工藝性能好，合金組織韌化明顯，堆焊層韌性較好， 平均硬度在58~63HRC范圍。耐磨性為Q235的30倍左右。
【具體實(shí)施方式】
[0027]根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，實(shí)施例所描述的具體的藥芯組分 配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描 述的本發(fā)明。其中，下列各實(shí)施例中所使用的高碳鉻鐵含碳量為9~10wt%，含鉻量為60~ 70wt%，其余為鐵;所述的硅鐵含硅量為72~80wt%，其余為鐵;所述的硼鐵含硼量為19~ 25wt%，其余為鐵;所述的鋁鎂合金含鋁量為47~53wt%，其余為鎂。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] -種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于 鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：55g的80目高碳鉻鐵，24g的80目鎳粉，0.5g的60目 石墨，1.5g的200目石墨，Ig的60目硼鐵，2g的200目硼鐵，Ig的60目鋁鎂合金，Ig的200目鋁 鎂合金，2g的60目錳粉，Ig的200目錳粉，Ilg的鐵粉。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40 分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的21 XO. 5mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為50%。再將U形 槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4 · 2mm、3 · 8mm、3 · 5mm、3 · 2mm、2 · 8mm的拉 絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.8~4.2mm的產(chǎn)品。焊接電流為280 ~420A，焊接電壓為30~42V，焊接速度為0.4m/min，層間溫度控制在150~250°C，堆焊3層。 堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
[0030] 實(shí)施例2
[0031 ] -種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于 鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制:65g的80目高碳鉻鐵，16g的80目鎳粉，Ig的60目石 墨，Ig的200目石墨，5g的60目硼鐵，Ig的200目硼鐵，2g的60目鋁鎂合金，1.5g的200目鋁鎂 合金，1.5g的60目錳粉，2g的200目錳粉，4g的鐵粉。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40 分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的21 XO. 5mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為56%。再將U形 槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4 · 2mm、3 · 8mm、3 · 5mm、3 · 2mm、2 · 8mm的拉 絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.8~4.2mm的產(chǎn)品。焊接電流為280 ~420A，焊接電壓為30~42V，焊接速度為0.4m/min，層間溫度控制在150~250°C，堆焊3層。 堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
[0032] 實(shí)施例3
[0033] -種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于 鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：58g的80目高碳鉻鐵，19g的80目鎳粉，0.6g的60目 石墨，2g的200目石墨，2g的60目硼鐵，3g的200目硼鐵，1 · 4g的60目鋁鎂合金，Ig的200目鋁 鎂合金，Ig的60目錳粉，3g的200目錳粉，9g的鐵粉。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40 分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的21 XO. 5mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為52%。再將U形 槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4 · 2mm、3 · 8mm、3 · 5mm、3 · 2mm、2 · 8mm的拉 絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.8~4.2mm的產(chǎn)品。焊接電流為280 ~420A，焊接電壓為30~42V，焊接速度為0.4m/min，層間溫度控制在150~250°C，堆焊3層。 堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
[0034] 實(shí)施例4
[0035] -種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于 鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制:60g的80目高碳鉻鐵，21g的80目鎳粉，Ig的60目石 墨，Ig的200目石墨，3g的60目硼鐵，2g的200目硼鐵，Ig的60目鋁鎂合金，2g的200目鋁鎂合 金，Ig的60目錳粉，2g的200目錳粉，6g的鐵粉。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40分鐘， 然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的21 X0.5mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為53%。再將U形槽合 口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4.2mm、3.8mm、3 · 5mm、3.2mm、2.8mm的拉絲模 中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.8~4.2mm的產(chǎn)品。焊接電流為280~ 420A，焊接電壓為30~42V，焊接速度為0.4m/min，層間溫度控制在150~250°C，堆焊3層。堆 焊金屬硬度及耐磨性見表1。
[0036]表1所打硬度采用HR-150A洛氏硬度計(jì)，荷載150Kg，對(duì)每一個(gè)測試樣取5點(diǎn)硬度，計(jì) 算平均硬度值。
[0037]磨損實(shí)驗(yàn)采用MLS-225型濕式橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī)。
[0038]將每個(gè)實(shí)施例的堆焊層切五個(gè)尺寸為57 X 25 X 6mm磨損試樣。磨損實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下： 橡膠輪直徑：178mm，橡膠輪轉(zhuǎn)速:240轉(zhuǎn)/分，橡膠輪硬度:70 (邵爾硬度），載荷：IOKg，橡膠輪 轉(zhuǎn)數(shù):預(yù)磨1000轉(zhuǎn)，正式試驗(yàn)轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，磨料:40~70目的石英砂。堆焊金屬的耐磨性能以正 式磨損的失重量來衡量。在每次實(shí)驗(yàn)前、后將試樣置入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清 洗儀中清洗3~5分鐘，待干后稱重記錄。實(shí)驗(yàn)用Q235鋼作為對(duì)比樣，對(duì)比件失重量與測量件 失重量之比作為堆焊樣的相對(duì)耐磨性ε。
[0039]表1各實(shí)施例堆焊金屬硬度與耐磨性
[0041]本發(fā)明通過在藥芯中添加了較大含量的Ni元素，其在堆焊合金組織中聚集于基體 之中，其作為一種奧氏體形成元素，將有效增加奧氏體物相，這將極有利于改善合金韌性， 提高其抗裂性。另一方面，Ni存在于基體中起到固溶強(qiáng)化作用，也起到一定的強(qiáng)化效果。此 外，還通過成分粒度控制化學(xué)冶金反應(yīng)活性的新思路，在藥芯中分別組合添加極細(xì)的200目 和較粗的60目石墨、硼鐵、鋁鎂合金及錳粉，有效保證在整個(gè)焊絲受熱、熔化、形成熔滴、熔 滴過渡、形成熔池并開始凝固的焊接冶金全程均具備良好的自保護(hù)效果，從而實(shí)現(xiàn)了本焊 絲在沒有添加任何礦物粉造渣劑的情況下，仍然能夠具備良好的焊接工藝性能及焊道表面 成形。本發(fā)明的藥芯焊絲焊接工藝性能好，合金組織韌化明顯，堆焊層韌性較好，平均硬度 在58~63HRC范圍。耐磨性為Q235的30倍左右。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼 帶中，其特征在于，所述的藥芯成分質(zhì)量百分含量范圍如下：55~65%的高碳鉻鐵，16~ 24%的鎳粉，0.5~1 %的60目石墨，1~2%的200目石墨，1~5%的60目硼鐵，1~3%的200 目硼鐵，1~2%的60目鋁鎂合金，1~2%的200目鋁鎂合金，1~2%的60目錳粉，1~3%的 200目錳粉，余量為鐵粉，藥芯粉末按本發(fā)明焊絲總重的50-56 %。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述的 高碳鉻鐵含碳量為9~10wt%，含鉻量為60~70wt%，其余為鐵;所述的硼鐵含硼量為19~ 25wt%，其余為鐵;所述的鋁鎂合金含鋁量為47~53wt%，其余為鎂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于不 同粒度的石墨:60目的石墨和200目的石墨，以質(zhì)量比0.5~1:1~2組合的方式加入。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于不 同粒度的硼鐵:60目的硼鐵和200目的硼鐵，以質(zhì)量比1~5:1~3組合的方式加入。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于不 同粒徑的鋁鎂合金:60目的鋁鎂合金和200目的鋁鎂合金，以質(zhì)量比1~2:1~2組合的方式 加入。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于不 同粒徑的錳粉:60目的錳粉和200目的錳粉，并以質(zhì)量比1~2:1~3組合的方式加入。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所 述藥芯中的高碳鉻鐵、鎳粉及鐵粉組分的粒徑均等于80目。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所 述低碳鋼帶厚度X寬度為〇. 5 X 21mm。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所 述焊絲的直徑為2.8mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm和4.2mm中的任意一種。10. 權(quán)利要求1所述的含有鎳韌化高鉻鑄鐵型自保護(hù)堆焊藥芯焊絲的制備方法，其特征 在于，包括如下步驟： (1) 利用成型乳輥將低碳鋼鋼帶乳成U形，然后通過送粉裝置將藥芯粉末按焊絲總重的 50-56 %加入到U形槽中； (2) 將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到 2.8~4.2mm，得到最終產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK106041357SQ201610609326
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月28日
【發(fā)明人】劉大雙, 吳銘方, 魏萍, 祁凱, 石銘霄
【申請人】江蘇科技大學(xué)