專利名稱：一種藥芯焊絲堆焊材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種堆焊材料，具體地說是一種借助氣體保護(hù)的藥芯焊絲堆焊材料。
背景技術(shù)：
近年來，耐磨損堆焊材料技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其中高碳高鉻合金型藥芯焊絲作為堆焊材料的一個重要分支，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為普遍。高碳高鉻合金型藥芯焊絲通常要求堆焊金屬的含鉻量范圍24-30%，含碳量范圍4-6，是典型的過共晶成分。在焊態(tài)下使用，其優(yōu)點是硬度高和抗磨粒磨損性能強，缺點是脆性大，抗擠壓和抗沖擊能力差， 此其一。其二，高碳高鉻合金型藥芯焊絲堆焊材料，由于其對堆焊金屬含鉻量的苛刻要求， 使得貴重金屬鉻的消耗量巨大，不利于資源節(jié)約。其三，高碳高鉻合金型藥芯焊絲堆焊材料，由于對堆焊金屬含鉻量的苛刻要求加之原材料含鉻量的局限，在焊絲制造方面，對填充系數(shù)的要求亦十分苛刻，使得生產(chǎn)環(huán)節(jié)受到相應(yīng)制約，無法制造細(xì)直徑藥芯焊絲，進(jìn)而也限制了應(yīng)用。目前，采煤生產(chǎn)環(huán)境下使用的刮板輸送機，其易損部件之一中部槽發(fā)生磨損以后， 有時需要在井下進(jìn)行保養(yǎng)性維修，最方便而且適合井下作業(yè)的維修工藝是采用(X)2氣體保護(hù)堆焊。但人們碰到的生產(chǎn)實際問題是目前國內(nèi)外市場上采購的CO2氣體保護(hù)堆焊焊絲， 在該工況條件下的抗磨損能力偏低，造成每個月都要進(jìn)行停機維修，一方面設(shè)備開工率低下，影響采礦效率；另一方面，井下焊接作業(yè)是一種風(fēng)險性極高的操作。因此，大型煤炭企業(yè)對具有高耐磨損性能的(X)2氣體保護(hù)堆焊焊絲提出了強烈的需求呼聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種組成合理，配方簡單，微觀組織結(jié)構(gòu)為高合金馬氏體加復(fù)雜共晶金屬碳硼化合物硬質(zhì)相，宏觀硬度為 HRC58 66，抗磨損、抗擠壓和抗沖擊綜合性能突出的藥芯焊絲堆焊材料。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種藥芯焊絲堆焊材料，其特征是 其以C、Cr、Mn、Si、B為主要合金元素，以Mo、V、Nb、Ni為輔助添加元素，以稀土為孕育劑， 各組分質(zhì)量百分含量為C 0. 6 2. 1%、Cr 8 20%、Si 0. 6 4%、Mn 0. 8 6%、Ni 0 2%、V 0. 1 1. 5%、Mo 0. 1 3%、Nb 0 5%、B 0. 3 3. 5%、稀土 0. 01 2%、余量為 Fe。本發(fā)明堆焊材料采用上述合金材料，其微觀組織是高合金馬氏體輔之以大量而彌散分布的復(fù)雜金屬共晶碳硼化合物硬質(zhì)強化相。堆焊合金中，以微觀硬度高達(dá)HV600 900 的合金馬氏體為主體相組成物，配合微觀硬度在HV1600 1900之間的復(fù)雜金屬共晶碳硼化合物硬質(zhì)相，聯(lián)合抵抗物料的磨粒磨損，是本堆焊合金具有高耐磨損性能的本質(zhì)所在。在微觀組織中，高硬度合金馬氏體本身就具備較強的耐磨損能力，大量的復(fù)雜金屬共晶碳硼化合物相彌散而且均勻地分布在奧氏體相周圍，相當(dāng)于在奧氏體周圍構(gòu)建了耐磨損點陣屏障，使合金的耐磨損能力進(jìn)一步得到加強。稀土和B聯(lián)合在堆焊金屬結(jié)晶過程中起孕育作用，使堆焊金屬晶粒，特別是金屬共晶碳硼化合物晶粒細(xì)小并且均勻分布，對提高堆焊合金組織的韌性和合金整體耐磨性都具有積極作用。因此，該合金的總體性能表現(xiàn)是宏觀硬度高，具有很高的抗磨粒磨損性能，抗沖擊磨損性能和抗沖蝕磨損性能。
本發(fā)明從材料微觀組織入手，兼顧綜合性能考量，合金材料微觀組織結(jié)構(gòu)為高合金馬氏體加復(fù)雜共晶金屬碳硼化合物硬質(zhì)相，宏觀硬度為HRC58 66，抗磨損、抗擠壓和抗沖擊等綜合性能突出。其組成合理，配方簡單，可制成# 1.6以下的細(xì)直徑藥芯焊絲，具備強耐磨損性能，適于高耐磨損性能的CO2氣體保護(hù)堆焊、MIG堆焊或機器人操作，滿足井下修復(fù)中部槽等使用要求。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本發(fā)明一種藥芯焊絲堆焊材料，其是鐵基耐磨損合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、B、 為主要合金元素，以Nb、Mo、V、Ni為輔助添加元素，以稀土為孕育劑，各組分質(zhì)量百分含量為C 0. 6 2. 1%、Cr 8 20%、Si 0. 6 4%、Mn 0. 8 6%、Ni 0 2%、V 0. 1 1. 5%、Mo 0. 1 3%、Nb 0 5%、B 0. 3 3. 5%、稀土 0. 01 2%、余量為 Fe。本發(fā)明中主要合金元素在堆焊金屬中的作用是碳在!^e-C-Cr系合金中部分溶解到α 中，在Cr含量達(dá)到一定值時將與Cr、Fe等形成碳化物或復(fù)合碳化物，是影響碳化物數(shù)量和種類的主要元素。硼在元素活動周期表中位于碳的前面，合金中的硼可溶入碳化物或置換碳化物中的碳原子形成硼化物或復(fù)合金屬碳硼化合物相。金屬硼化物或復(fù)合金屬碳硼化合物相的顯微硬度高于同類金屬碳化物，對目標(biāo)合金耐磨性的強化作用顯著。另外， 硼可改變晶界的組織狀態(tài)、強化晶界，改善斷裂韌性Kic。硼在合金中的另一重要作用是 使鐵碳狀態(tài)圖的共晶點左移，在含碳量不足的情況下出現(xiàn)共晶組織，硼與稀土聯(lián)合作用時， 這種傾向更為明顯，為一種聯(lián)合孕育作用。鉻是主要碳化物形成元素?？赡苄纬傻奶蓟镱愋陀蠧r3C、Cr7C3、Cr23C6、(Fe,Cr) 3C、(Fe,Cr) 23C6等。在有硼參與冶金過程時，可能出現(xiàn)硼原子溶入碳化物或置換碳化物中的碳原子形成鉻的碳硼化合物，鉻的碳硼化合物硬度和穩(wěn)定性高于鉻的碳化物，作為硬質(zhì)相，將對合金耐磨性的提高做出積極的貢獻(xiàn)。此外，鉻還具有抑制珠光體形成，提高淬透性的作用。硅通常是鐵素體形成元素，但硼的存在可以部分地抑制其鐵素體化作用，代之以與硼聯(lián)合作用使合金產(chǎn)生一定的自熔性。錳通常是奧氏體形成元素，有助于合金在高溫階段的奧氏體化及冷卻階段的馬氏體轉(zhuǎn)化過程。本發(fā)明中輔助合金元素在堆焊金屬中的作用是鉬在鐵碳合金中可溶于滲碳體形成!^e2MoC或!^e4Mo2C,也可直接形成MoC、Mo2C ；在含硼的鐵碳合金中可能形成鉬的硼化物或鉬的碳硼化合物相。鈮與鐵可互溶形成I^e3Nb2，也可與碳作用形成NbC或Nb4C3。但NbC不溶于鐵，而且!^e3C也不溶于鈮，故NbC或Nb4C3單獨存在于鐵基合金中成為獨立相；在含硼的鐵基合金中可能形成鈮的硼化物或鈮的碳硼化合物相。鈮對鐵基合金具有良好的細(xì)化晶粒作用，鈮的碳化物和硼化物硬度高、抗高溫分解能力強，是鐵基耐磨堆焊合金中重要的高溫強化相。釩和鈮在元素周期表中同屬一族，同樣具有細(xì)化晶粒的作用。釩的碳化物、硼化物在金屬碳化物、硼化物中硬度最高，對合金的高溫及常溫耐磨性能的提高作用較大。鎳是典型奧氏體形成元素，鎳的和量越高堆焊合金中殘余奧氏體含量越多，對合金的韌性貢獻(xiàn)越大。本發(fā)明中稀土在堆焊合金結(jié)晶過程起孕育劑作用，可以改善硬質(zhì)相的結(jié)晶和分布狀態(tài)，從而間接提高堆焊金屬的綜合性能。本發(fā)明可制成# 1.6以下的細(xì)直徑藥芯焊絲，適于高耐磨損性能的CO2氣體保護(hù)堆焊，堆焊層宏觀硬度高，硬質(zhì)相與基體相結(jié)合牢固，宏觀硬度為HRC58 66，具有很高的抗磨粒磨損性能，抗沖擊磨損性能和抗大角度沖蝕磨損性能，可應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。滿足井下修復(fù)中部槽等使用要求。本發(fā)明具有很高的抗磨粒磨損性能，抗沖擊磨損性能和抗沖蝕磨損性能，其原因是
(1)微觀組織特征是高合金馬氏體輔之以大量而彌散分布的復(fù)雜金屬共晶碳硼化合物硬質(zhì)強化相，高硬度合金馬氏體(HV600 900)本身就具備較強的耐磨損能力，大量的復(fù)雜金屬共晶碳硼化合物相(HV1600 1900)彌散而且均勻地分布，又在奧氏體周圍構(gòu)建了耐磨損點陣屏障，將使合金的耐磨損能力進(jìn)一步得到加強。因此，具有優(yōu)良的抗磨粒磨損性能。(2)該合金在結(jié)晶過程中首先形成亞共晶組織形態(tài)，其初生相為奧氏體并在以后的冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。亞共晶組織較過共晶組織在韌性方面具有明顯優(yōu)勢。因此， 與高碳高鉻過共晶合金比較，在抗沖擊和抗沖蝕磨損性能方面具有較強優(yōu)勢。(3)堆焊合金中引入了稀土。稀土和B在堆焊金屬結(jié)晶過程中聯(lián)合起孕育劑作用， 使堆焊金屬晶粒特別是共晶金屬碳硼化合物晶粒細(xì)小并且均勻分布，對提高堆焊合金組織韌性和合金整體耐磨性都有積極作用。本發(fā)明的合金體系與高碳高鉻系合金比較，應(yīng)屬于中鉻中碳合金體系范疇。實際實施的合金中，含鉻量約為高碳高鉻合金的1/ 2左右，節(jié)約貴重金屬的比例和意義都將十分重大。本發(fā)明的合金體系與高碳高鉻系合金比較另一個不同特點是，從含碳量的角度來說應(yīng)屬于“鋼”的范疇，但由于硼、稀土及其他合金元素的交互作用，在組織形態(tài)上呈現(xiàn)的是亞共晶。即該合金體系是介于合金鋼和合金鑄鐵之間的一種新的材料品種。由于含碳、含鉻量的大幅度減少，在藥芯焊絲制作時，對填充率要求的苛刻程度大大降低。因此，可以非常方便地制成# 1.6以下的細(xì)直徑氣體保護(hù)堆焊藥芯焊絲。實施例1 一種藥芯焊絲堆焊材料，其是鐵基耐磨損合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、 B為主要合金元素，以Mo、V輔助添加元素，以稀土為孕育劑，各組分質(zhì)量百分含量為C
0.8 1. 8%、Cr 10 18%、Si 0. 6 1. 5%、Mn 2. 2 5%、V 0. 5 1. 2%、Mo 0. 8 3%、B
1.5 3. 5%、稀土鈧0. 02 0. 12%、余量為狗。宏觀硬度彡HRC60,具有很高的抗磨粒磨損性能，適用于刮板輸送機中部槽中板及W鋼的修復(fù)與耐磨損強化。實施例2 —種藥芯焊絲堆焊材料，其是鐵基耐磨損合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、 B為主要合金元素，以Mo、V、Ni為輔助添加元素，以稀土為孕育劑，各組分質(zhì)量百分含量為 C 0. 6 1. 5%, Cr 8 15%、Si 0. 6 1· 2%、Μη 0. 8 1. 5%、Ni 1. 2 2%、V 0. 3 1%、Μο 0. 6 1. 8%、B 0. 3 1. 5%、稀土鈧0. 02 0. 2%、余量為Fe。宏觀硬度彡HRC58，抗沖擊和抗沖蝕磨損性能優(yōu)越，適用于風(fēng)扇磨打擊板或煤化工碎煤飛盤堆焊。實施例3 —種藥芯焊絲堆焊材料，其是鐵基耐磨損合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、 B為主要合金元素，以Nb、Mo、V為輔助添加元素，以稀土為孕育劑，各組分質(zhì)量百分含量為 C 1. 2 2. 1%、Cr 12 20%、Si 1. 8 3%、Mn 1. 2 4%、V 0. 1 1. 2%、Mo 0. 1 3%、Nb0.3 5、B 1. 2 3%、稀土鈧0. 02 0. 13%、余量為Fe。宏觀硬度彡HRC62，在600°C以下
高溫條件下工作，組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗擠壓性能優(yōu)越，適用于在高溫下工作的硅酸鹽或鋁酸鹽液壓破碎輥表面堆焊。
權(quán)利要求
1.一種藥芯焊絲堆焊材料，其特征是其以C、Cr、Mn、Si、B為主要合金元素，以Mo、V、 Nb、Ni為輔助添加元素，以稀土為孕育劑，各組分質(zhì)量百分含量為C 0. 6 2. 1%、Cr 8 20%、Si 0. 6 4%、Mn 0. 8 6%、Ni 0 2%、V 0. 1 1. 5%、Mo 0. 1 3%、Nb 0 5%、B 0. 3 3. 5%、稀土 0. 01 2%、余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲堆焊材料，其特征是所述各組分質(zhì)量百分含量為 C 0. 8 1. 8%、Cr 10 18%、Si 0. 6 1. 5%、Mn 2. 2 5%、V 0. 5 1. 2%、Mo 0. 8 3%、 B 1. 5 3. 5%、稀土鈧 0. 02 0. 12%、余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲堆焊材料，其特征是所述各組分質(zhì)量百分含量為 C 0. 6 1. 5%, Cr 8 15%、Si 0. 6 1· 2%、Μη 0. 8 1. 5%、Ni 1. 2 2%、V 0. 3 1%、Μο 0. 6 1. 8%、B 0. 3 1. 5%、稀土鈧 0. 02 0. 2%、余量為 Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲堆焊材料，其特征是所述各組分質(zhì)量百分含量為 C 1. 2 2. 1%、Cr 12 20%、Si 1. 8 3%、Mn 1. 2 4%、V 0. 1 1. 2%、Mo 0. 1 3%、Nb 0. 3 5、B 1. 2 3%、稀土鈧 0. 02 0. 13%、余量為 Fe。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種藥芯焊絲堆焊材料，其是鐵基耐磨損合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、B為主要合金元素，以Mo、V、Nb、Ni為輔助添加元素，以稀土為孕育劑，各組分質(zhì)量百分含量為C0.6～2.1%、Cr8～20%、Si0.6～4%、Mn0.8～6%、Ni0～2%、V0.1～1.5%、Mo0.1～3%、Nb0～5%、B0.3～3.5%、稀土0.01～2%、余量為Fe。本發(fā)明可制成∮1.6以下的細(xì)直徑藥芯焊絲，適于高耐磨損性能的CO2氣體保護(hù)堆焊，堆焊層宏觀硬度高，具有高的抗磨粒磨損性能，抗沖擊磨損性能和抗沖蝕磨損性能，滿足井下修復(fù)中部槽等使用要求。
文檔編號B23K35/368GK102357750SQ20111028080
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者于風(fēng)福 申請人:于風(fēng)福