專利名稱：一種鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械、鋼鐵材料等領域，具體涉及一種用于在鋼鐵工具、機械零件表面堆焊耐磨合金層的一種耐磨減磨堆焊藥芯焊絲。
背景技術：
耐磨堆焊焊絲被堆焊在工具或零件表面上形成耐磨合金層，以保護工具或零件被磨損，如果該工具或零件在工作過程中與其他零件或部件接觸，就還要求堆焊耐磨合金不要增大甚至也減少其他零件或部件的磨損。目前的耐磨堆焊焊絲及合金種類很多，有些耐磨性很好，保護了被堆焊工具或零件，但因脆性很大、韌性較低，含有裂紋，容易剝落，因此不能有效防止與之相接觸的其它零件或部件的磨損；有堆焊合金裂紋少、韌性高，保護了與之相接觸的其它零件或部件的磨損，但犧牲了自身的耐磨性。例如中國專利一種噴焊用合金粉末(申請?zhí)?2139492)用于鉆桿接頭的堆焊，該合金粉末由以下以重量份數(shù)計的物質混 合而成Cr I 8 3 0份；Ni 4 9份；Mn2 6份；S i 2 6份；B2 5份；C 2 4. 5份；余量為Fe。該發(fā)明雖然遵循“平衡磨損設計”概念和“穩(wěn)定性”原則，即具有抗磨性與減摩性合理匹配的原則，但該合金脆性大，易開裂，有裂紋存在，容易剝落。又例如中國專利02139493. 8 一種堆焊用包芯焊絲，該發(fā)明由低碳鋼包皮和芯部粉末組成，芯部粉末與低碳鋼包皮的重量百分比為30 40% 70 60%，所述芯部粉末由以下以重量百分比計的物質混合而成，Cr25 30% ；Nil5 19% ；Mn3 5% ；Si2 5% ；B3. 5 6% ;C1-3 %，F(xiàn)e余量?？捎糜谑豌@桿、抽油桿及其它一些需要耐磨和減摩的金屬機構件的表面耐磨強化。該發(fā)明雖然耐磨性好，但脆性大，易開裂，有裂紋存在，容易剝落，因此不能有效防止與之相接觸的其它零件或部件如石油套管的磨損，而且貴金屬很多，成本較高。美國專利(5224559)發(fā)明了一種堆焊耐磨合金，成分是Cr20 30% ；C3. 5-5.0% ;Fe余量。該合金有大量鉻的碳化物，耐磨性很好，但脆性大，易開裂，裂紋很多，容易剝落。隨后美國專利(6375895)發(fā)明了一種堆焊耐磨合金，成分是 Cr4. 5 10. 5%；C0. 65-1. 1%；Mo0. 05-1. 0%；Fe余量。該合金堆焊在石油鉆桿接頭上，有一定耐磨性，韌性好，沒有裂紋，較好防止了與之相接觸的其它零件或部件如石油套管的磨損，但該合金的耐磨性主要來之于合金中的馬氏體，耐磨性下降。所以發(fā)明耐磨性好、韌性好、不易開裂，既能減少堆焊工具自身磨損、又能保護與之接觸的其它零部件的耐磨堆焊合金具有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對克服目前堆焊耐磨合金的耐磨性與減磨性不能兼顧的缺點，提供一種在鋼鐵工具或零件表面堆焊耐磨合金層的一種耐磨減磨堆焊藥芯焊絲，在有效預防工具或零件自身磨損的同時，不增大甚至減少與之接觸的其他零件或部件的磨損。本發(fā)明堆焊合金硬度高，耐磨性優(yōu)良，同時韌性好，裂紋敏感性低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是
本發(fā)明鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲由低碳鋼包皮與芯部粉末組成。
本發(fā)明鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲，焊絲的合金元素按重量百分比包含碳(C)
0.2 0. 8%、鉻(Cr) 5 20. 0%、鈦(Ti)L 0 7. 0% JI(B)O. 3 5. 0%、硅(Si)O. I I. 5%、錳(Mn)O. 2 2. 0%、余量為鐵。本發(fā)明一種鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲，焊絲還可以再加入以下合金元素釩(V) 0 6. 0%、鈮(Nb)O 3. 5%、鋯(Zr)O 3. 5%、鎢(W )0 3. 0%、鑰(Mo)O 2. 0%、鎳(Ni)O 2. 0%、稀土 (RE) 0. 00 0. 25%。上述稀土(RE)為鈰(Ce)、鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鐠(Pr)、釹(Nd)其中的一種，或它們的混合物。上述鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲由低碳鋼包皮與芯部粉末組成，藥芯粉末在焊絲中的填充率為20%至50%，則藥芯粉末的合金元素按重量百分比包含碳(C)O. 4 3. 0%、鉻(Cr) 10 65. 0%、鈦(Ti)2. 0 27. 0%、硼(B)O. 6 20%、硅(Si)O. 2 7. 0%、錳(Mn) 0. 4 9.0%、余量為鐵。藥芯粉末中還可以再加入以下合金元素釩(V)O 25.0%、鈮(Nb)O 12. 0%、鋯(Zr)O 12. 0%、鎢(W )0 10. 0%、鑰(Mo)O I. 0%、鎳(Ni)O I. 0%、稀土(RE) 0. 00 I. 00%o本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，其優(yōu)點如下
將本發(fā)明藥芯焊絲堆焊在鋼鐵表面上后，與基體金屬熔合形成幾毫米厚的耐磨合金層，該合金層顯微組織是低碳高鉻馬氏體組織上彌散分布大量的鈦、釩、鈮、鎢等的碳化物與硼化物。低碳高鉻馬氏體組織韌性好，碳化物與硼化物的硬度與耐磨性好，所以本發(fā)明合金裂紋敏感性低，具有良好的耐磨性。本發(fā)明在試驗研究中發(fā)現(xiàn)，加入足夠的鈦元素可以減少耐磨合金與鋼鐵工件間的粘著磨損，減少了耐磨合金與鋼鐵工件間的摩擦系數(shù)。所以本發(fā)明堆焊合金的耐磨性與減磨性兼顧，在具有很高耐磨性同時有良好的減磨性，在有效預防工具或零件自身磨損的同時，不增大甚至減少與之接觸的其他零件或部件的磨損。
具體實施例方式本發(fā)明鐵基高鈦耐磨堆焊藥芯焊絲，可以在鋼鐵工件或工具表面上單層堆焊形成I 4_厚的耐磨層，考慮到鋼鐵工件或工具大部分含有碳、硅、錳、鉻、鑰等合金元素，所以本發(fā)明合金與鋼鐵工具表層金屬熔合后形成的堆焊層中合金元素按重量百分比包含碳(C) 0. 2 0. 8%、鉻(Cr) 5 19. 0%、鈦(Ti) I. 0 6. 5%、硼(B) 0. 3 4. 8%、硅(Si)O. 2
1.3%、錳(Mn)0. 3 I. 8%、釩(V)O 5. 5%、鈮(Nb)O 3. 3%、鋯(Zr)O 3. 3%、鎢(W)O-
2.8%、鑰(Mo)O I. 8%、鎳(Ni)O I. 8%、稀土 (RE) 0. 00 0. 23%、余量為鐵。本發(fā)明鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲及堆焊合金具有優(yōu)良性能的原理是
本發(fā)明堆焊合金含碳量低，含有較多鉻元素，所以可以形成韌性好的低碳高鉻馬氏體組織。本發(fā)明堆焊合金含有大量的鈦元素，與合金中的碳、硼元素形成大量碳化物與硼化物，其硬度及耐磨性在所有合金碳化物與硼化物中是比較高的。本發(fā)明含有少量的碳、較多的鉻，與鈦等碳化物形成元素合理搭配，當碳化物形成后，合金基體的碳含量進一步下降，形成韌性較好的高鉻低碳馬氏體，進一步提高了合金的韌性、降低了裂紋敏感性。同時高鉻金屬與鋼鐵材料之間摩擦系數(shù)低，減少鋼鐵工件間的粘著磨損，有良好的減磨性。本發(fā)明試驗發(fā)現(xiàn)，鈦元素的加入進一步減少堆焊合金與鋼鐵工件間的粘著磨損， 降低堆焊合金與鋼鐵工件之間摩擦系數(shù)。本發(fā)明試驗發(fā)現(xiàn)當合金中的鈦含量大于1%時，減少粘著磨損的效果明顯，而鈦含量小于1%時，減磨效果不明顯，所以本發(fā)明合金鈦含量大于1%。如果合金中再添加適量的釩、鈮、鋯、鎢、鑰等，合金元素相互協(xié)同作用，將形成更多的合金碳化物與硼化物，進一步提高合金的耐磨性。通過調節(jié)碳、鈦、鉻、硼、釩、鈮、鋯、鎢、鑰、鎳等元素的含量，達到調節(jié)合金硬度、增加韌性、降低裂紋敏感性的目的。試驗表明這些合金元素含量有最佳范圍，太少時作用不明顯，太多時，合金脆性增大，耐磨性反而下降，例如試驗表明鈦(Ti)不要超過7. 0%、釩不要超過8. 0%、鈮不要超過3. 5%、鎢不要超過
3.0%。本發(fā)明耐磨堆焊藥芯焊絲可以加入稀土元素，稀土元素可凈化晶界，細化晶粒，細化碳化物，進一步提高合金的韌性、降低裂紋敏感性。本發(fā)明鐵基高鈦堆焊藥芯焊絲的制造方法藥芯焊絲是以低碳鋼薄鋼帶作外皮， 以合金粉末為藥芯的焊絲，其制造方法是工業(yè)成熟技術，本發(fā)明耐磨堆焊藥芯焊絲就用現(xiàn)有工業(yè)成熟技術制成。其原理是購買藥芯焊絲專用低碳鋼薄鋼帶，用專用設備將薄鋼帶軋成成半圓形狀如U型等，將合金粉末加入形成藥芯，軋制封口，形成了很長很細的包有藥芯的金屬管，然后經過扎制或冷拉拔，形成直徑為？？ I. 2 ？？ 3. 2mm的藥芯焊絲成品。形成藥芯的合金粉末可以是純金屬粉末或合金粉末。合金粉末有鐵碳合金、鉻鐵合金、鈦鐵合金、猛鐵合金、娃鐵合金、鑰;鐵合金、硼鐵合金、稀土 -娃鐵合金、稀土鋪化合物、鑰鐵合金及其它所需鐵合金等。純金屬粉末如鉻粉、鈦粉、鐵粉等。也可采用碳化物粉末如碳化硼等。純金屬粉末或合金粉末可以外購，其生產方法是成熟工業(yè)生產技術，如霧化法、研磨法或其它方法將純金屬或合金制成粉末。霧化法是將金屬或合金加熱熔化，然后在高壓惰性氣體作用下將熔化的金屬以霧狀從噴嘴噴出，霧狀金屬液滴冷卻便形成粉末。研磨法是用機械研磨的方式將碎塊的純金屬、或合金研磨成金屬粉末。也可以用其它現(xiàn)代新技術制造合金粉末。將制成的純金屬粉末、合金粉末混合即成本發(fā)明焊絲的藥芯合金粉末。由于金屬粉末制造技術早已成為可大規(guī)模工業(yè)生產的成熟技術，所以本發(fā)明合金也可以將購買的純金屬粉末、合金粉末混合即成。合金粉末可選用鐵碳合金粉末、鉻鐵合金粉末、鈦鐵合金粉末、猛鐵合金粉末、娃鐵合金粉末、鑰;鐵合金粉末、硼鐵合金粉末、稀土 -硅鐵合金粉末、稀土鈰化合物粉末、或其它鐵合金粉末，純金屬粉末如鉻粉、鈦粉、鐵粉等以及碳化物粉末等。焊絲藥芯中每種合金粉末的加入量可以用式(I)初步計算得出
權利要求
1.一種鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于焊絲的合金元素按重量百分比包含碳 0. 2 0. 8%、鉻 5 20. 0%、鈦 I. 0 7. 0%、硼 0. 3 5. 0%、硅 0. I I. 5%、錳 0. 2 2.0%、余量為鐵。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于焊絲加入以下合金元素釩0 6. 0%、鈮0 3. 5%、鋯0 3. 5%、鎢0 3. 0%、鑰0 2. 0%、鎳0 2. 0%、稀土 0. 00 0. 25%。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲，其特征在于所述稀土為鈰、鈧、釔、鑭、鐠、釹其中的一種，或它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵基耐磨減磨堆焊藥芯焊絲。目前的耐磨堆焊焊絲及合金種類很多，有些耐磨性很好，保護了被堆焊工具或零件，但減磨性差，不能有效防止與之相接觸的其它零件或部件的磨損；有的堆焊合金考慮了減磨性，但犧牲了自身的耐磨性。本發(fā)明焊絲由低碳鋼包皮與藥芯粉末組成,焊絲的合金元素按重量百分比包含碳0.2～0.8%、鉻5～20.0%、鈦1.0～7.0%、硼0.3～5.0%、硅0.1～1.5%、錳0.2～2.0%、余量為鐵。本發(fā)明耐磨堆焊合金高硬度與良好韌性匹配、不易開裂，耐磨性與減磨性兼顧，在具有很高的耐磨性同時有良好減磨性。
文檔編號B23K35/368GK102744532SQ20111009796
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權日2011年4月19日
發(fā)明者王新虎 申請人:王新虎