專利名稱：一種氬弧熔覆鐵基粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料表面技術(shù)領(lǐng)域，提供一種氬弧表面熔覆用鐵基粉末及其氬弧熔覆 工藝。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)過程中對機(jī)械產(chǎn)品的性能要求越來越高，產(chǎn)品在高參 數(shù)(如高溫、高壓、高速等)和惡劣的工況條件下長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必然對其表面的強(qiáng)度、耐磨 性、耐蝕性等提出更高的要求。各種機(jī)械設(shè)備、儀器儀表、冶金零部件中的金屬零件，以及各 種工模具，在使用過程中往往首先從表面發(fā)生破壞和失效，破壞的原因很大一部分是由于 表面磨損而造成的。因此，只要對零部件表面進(jìn)行強(qiáng)化就能滿足性能的要求。表面強(qiáng)化技術(shù)主要有熱噴涂、表面熔覆等工藝方法，表面熔覆技術(shù)使基體表面獲 得耐磨性能的同時(shí)，覆層材料與基體間可形成牢固的冶金結(jié)合，因此在一些要求表面不僅 具有抗磨性能，而且還需要承受強(qiáng)載荷作用的條件下，具有絕對優(yōu)勢。目前，表面熔覆技術(shù) 廣泛應(yīng)用于冶金、航空、機(jī)械等行業(yè)舊件的修復(fù)和新產(chǎn)品的制造上。表面熔覆常用高密度 熱源有激光、等離子弧、聚焦光束等，其特點(diǎn)是能量密度較高，被強(qiáng)化表面質(zhì)量好，但設(shè)備昂 貴，操作復(fù)雜。氬弧雖然能量密度較低，但其設(shè)備較為輕便、價(jià)廉、操作方便，易于在施工現(xiàn) 場施焊，使得氬弧表面強(qiáng)化技術(shù)易于普及，因此在一些中小件上可以推廣應(yīng)用。常用熔覆材料有鐵基、鎳基、鈷基材料等，由于采用Fe基體時(shí)更能適于高溫、高 速、重載、高磨損等工況條件下的性能要求，且鐵基材料價(jià)格便宜、來源廣泛，能夠通過熱處 理來調(diào)整其性能，所以應(yīng)推廣鐵基熔覆材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氬弧熔覆用鐵基合金粉末及其氬弧熔覆工藝，用于在小型鋼質(zhì) 零部件上進(jìn)行表面耐磨層制備，修復(fù)零部件尺寸或提高其表面耐磨性。熔覆層硬度可達(dá) HRC55 63，耐磨性達(dá)45調(diào)質(zhì)鋼的4 6倍。所述氬弧熔覆鐵基合金粉末由工業(yè)用鈦鐵、釩鐵、硼鐵、鉻鐵、石墨等混合而成，其 特征在于粉末的各組成原材料的質(zhì)量百分比為鈦鐵(40 60)%，釩鐵(10 25)%，鉻鐵 (15 30) %，硼鐵(0 5) %，石墨(5 15) %。所述氬弧熔覆鐵基合金粉末的具體實(shí)例鈦鐵50%，釩鐵16%，鉻鐵22%，硼鐵 2%，石墨10%。熔覆層硬度達(dá)到HRC58。所述鈦鐵、釩鐵、硼鐵、鉻鐵、石墨等原材料的粒度為40 200目，各原材料主要成 分(質(zhì)量百分比)為鈦鐵Ti(25. 0 35. 0) %，釩鐵V > 75 %，鉻鐵Cr >70%,硼鐵B > 15 %，C < 0. 1%。氬弧熔覆工藝過程(1)按比例稱取各粉末原材料，混合后攪拌均勻，獲得氬弧熔覆用合金粉末。
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(2)合金粉末中加入粘結(jié)劑攪拌均勻，制成濕粉，將濕粉涂于經(jīng)過表面清理去銹的 工件待熔覆表面并壓平，涂層厚度0. 5 1. 5mm，或者將濕粉壓制成Φ 2 4mm的棒狀。將 濕粉棒或預(yù)涂涂層經(jīng)24小時(shí)以上室溫晾干，然后150°C烘干2小時(shí)。粘結(jié)劑采用水玻璃或 有機(jī)粘結(jié)劑。(3)利用鎢極氬弧作為熱源在工件表面逐道掃描預(yù)涂涂層，或掃描過程不斷送進(jìn) 壓制好的棒狀添加材料。鎢極采用直徑Φ3 4mm的2%釷鎢極，直流正接，氬氣流量8 12L/min,電流120 160A，電弧電壓15 20V，掃描速度以粉末層或棒狀材料能與基體熔 合好為準(zhǔn)則，根據(jù)零件大小調(diào)整。(4)熔覆完成后，進(jìn)行表面清理，根據(jù)具體要求重復(fù)上述過程進(jìn)行多層熔覆，達(dá)到 要求的熔覆層厚度，最后磨削加工至所需要的零件尺寸。所述合金粉末涂層或棒材在氬弧熱源作用下與基體材料一起熔化，同時(shí)合金元素 在熱源作用下發(fā)生原位冶金反應(yīng)，生成TiV、VC等碳化物及少量硼化物并均勻分布于鐵基 熔體中，鐵基熔體冷卻凝固過程中又有W、Cr7C3等碳化物析出，最終形成碳化物增強(qiáng)鐵基 復(fù)合熔覆層，提高工件表面硬度和耐磨性。原材料中鈦鐵提供約30%的鈦和大量鐵，鈦是強(qiáng)碳化物形成元素，主要在電弧過 程中與碳結(jié)合形成顆粒狀碳化物，是保證顆粒碳化物數(shù)量的主要元素；釩鐵提供75%以上 的釩和部分鐵，釩也是強(qiáng)碳化物元素，可以與鈦一起形成復(fù)合顆粒碳化物，同時(shí)釩也在鐵基 熔體中有較大溶解度，使鐵熔體冷卻凝固過程中析出部分VC碳化物，同時(shí)強(qiáng)化基體組織； 鉻鐵提供70%以上的鉻和部分鐵，鉻是中強(qiáng)碳化物形成元素，電弧作用下主要是熔入鐵基 熔體，熔體結(jié)晶冷卻過程中形成Cr7C3碳化物，同時(shí)較多的鉻元素仍以固溶形式存在于鐵基 固溶體，強(qiáng)化基體組織。石墨主要是提供足夠的碳元素用于形成足夠數(shù)量的碳化物，硼鐵 提供少量硼用于形成碳化硼或少量硼化物，進(jìn)一步提高熔覆層硬度和耐磨性，石墨和硼鐵 過多時(shí)易使熔覆層脆性增大，造成開裂。為保證足夠的碳化物數(shù)量和良好的碳化物分布， 鈦、釩、鉻、碳各元素在粉末中含量的計(jì)算值的摩爾比約為Ti V Cr C = 1 (0.5 0. 8) (0. 5 1) (2 4)。
具體實(shí)施例方式按照粒度及成份要求購買工業(yè)用鈦鐵、釩鐵、鉻鐵、硼鐵、石墨等原材料，按照如下 比例(重量百分比)配制合金粉末并混合均勻鈦鐵(40 60)%，釩鐵(10 25)%，鉻鐵 (15 30) %，硼鐵(0 5) %，石墨(5 15) %。合金粉末中加入粘結(jié)劑攪拌均勻，制成濕粉，將濕粉涂于經(jīng)過表面清理去銹的工 件待熔覆表面并壓平，涂層厚度0. 5 1. 5mm，或者將濕粉壓制成Φ 2 4mm的棒狀。將濕 粉棒或預(yù)涂涂層經(jīng)24小時(shí)以上室溫晾干，然后150°C烘干2小時(shí)。粘結(jié)劑采用水玻璃或有 機(jī)粘結(jié)劑。利用鎢極氬弧作為熱源在工件表面逐道掃描預(yù)涂涂層，或掃描過程不斷送進(jìn)壓制 好的棒狀添加材料。鎢極采用直徑Φ 3 4mm的2%釷鎢極，直流正接，氬氣流量8 12L/ min,電流120 160A，電弧電壓15 20V，掃描速度以粉末層或棒狀材料能與基體熔合好 為準(zhǔn)則，根據(jù)零件大小調(diào)整。熔覆完成后，進(jìn)行表面清理，根據(jù)具體要求重復(fù)上述過程進(jìn)行多層熔覆，達(dá)到要求的熔覆層厚度。最后磨削加工至所需要零件尺寸。
權(quán)利要求
一種氬弧熔覆用鐵基合金粉末，其特征在于各粉末原材料的重量百分比為鈦鐵(40～60)％，釩鐵(10～25)％，鉻鐵(15～30)％，硼鐵(0～5)％，石墨(5～15)％。鈦鐵、釩鐵、硼鐵、鉻鐵、石墨等原材料的粒度為40～200目，各原材料主要成分(質(zhì)量百分比)為鈦鐵Ti(25.0～35.0)％，釩鐵V＞75％，鉻鐵Cr＞70％，硼鐵B＞15％，C＜0.1％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述合金粉末，鈦、釩、鉻、碳各元素在粉末中含量計(jì)算值的摩爾比 約為 Ti V Cr C = 1 (0. 5 0. 8) (0. 5 1) (2 4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述合金粉末，各組分優(yōu)選重量百分比鈦鐵50%，釩鐵16%，鉻鐵 22%，硼鐵2%，石墨10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述合金粉末，加入水玻璃或有機(jī)粘結(jié)劑后混合均勻預(yù)涂于工件表 面(0. 5 1. 5mm厚)或制成Φ 2 4mm的棒狀，烘干后用氬弧作熱源將預(yù)涂粉末層或棒材 熔覆于工件表面形成耐磨熔覆層，鎢極采用直徑Φ 3 4mm的2 %釷鎢極，直流正接，氬氣流 量8 12L/min，電流120 160A，電弧電壓15 20V。
全文摘要
一種氬弧熔覆用鐵基粉末，屬于材料表面技術(shù)領(lǐng)域。粉末由鈦鐵、釩鐵、鉻鐵、硼鐵、石墨組成，其特征在于各原材料的重量百分比為鈦鐵(40～60)％，釩鐵(10～25)％，鉻鐵(15～30)％，硼鐵(0～5)％，石墨(5～15)％。鈦鐵、釩鐵、硼鐵、鉻鐵、石墨等原材料的粒度為40～200目，各原材料主要成分(質(zhì)量百分比)為鈦鐵Ti(25.0～35.0)％，釩鐵V＞75％，鉻鐵Cr＞70％，硼鐵B＞15％，C＜0.1％。將粉末用水玻璃或有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻預(yù)涂于工件表面(0.5～1.5mm厚)或制成φ2～4mm的棒狀，烘干后用氬弧作熱源將粉末預(yù)涂層或棒材熔覆于工件表面形成耐磨熔覆層，鎢極采用直徑φ3～4mm的2％釷鎢極，直流正接，氬氣流量8～12L/min，電流120～160A，電弧電壓15～20V。熔覆粉末成本低，熔覆層硬度達(dá)HRC55～63。
文檔編號B23K9/16GK101954549SQ201010285479
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者唐琳琳, 張?jiān)? 羅輝, 霍玉雙 申請人:山東建筑大學(xué)