專利名稱：一種含錳含硼鐵基耐磨堆焊用藥芯焊絲及堆焊合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工焊接材料領(lǐng)域，涉及一種含錳含硼鐵基耐磨堆焊藥芯焊絲， 在多行業(yè)中機械耐磨件的修復(fù)和制造中使用。
背景技術(shù)：
磨損是造成機械失效的主要原因之一，給工業(yè)帶來巨大的能源和材料消耗。在現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)發(fā)展中，機械設(shè)備及其零件在使用中面對越來越惡劣的沖擊磨損環(huán)境，對材料耐沖擊磨損性能要求越來越高。堆焊合金在一定沖擊力的作用下的耐磨性取決于很多因素，主要決定于基底組織與硬質(zhì)相的匹配。為了應(yīng)對沖擊磨損的復(fù)雜磨損環(huán)境，要求堆焊金屬既有一定的硬度又有理想的韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供在沖擊磨損環(huán)境下具有優(yōu)良耐磨性的藥芯焊絲。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是為了提高堆焊合金的硬度用顯微硬度更高的硼化物來代替普遍采用的碳化物作為耐磨骨架；為了改善堆焊合金的韌性和抗裂性，減少碳的含量，并加入Mn元素作為奧氏體化元素使堆焊合金的基體中物相主要為鐵素體和奧氏體，同時由于Mn的加入，堆焊后合金在沖擊條件下還有加工硬化能力，這樣既滿足韌性又滿足硬度需求?；谏鲜黾夹g(shù)構(gòu)想，本發(fā)明的一種含錳含硼鐵基耐磨堆焊用藥芯焊絲，其特征在于，其粉體藥芯的組分及各組分的質(zhì)量百分含量(％)是硼鐵25-60，電解錳15-40， 鐵粉余量；藥芯焊絲外皮帶材為SPCC鋼帶；粉體藥芯在所述空心焊絲中的填充率為 25-27%。所述硼鐵的組分及各組分百分比為B 18-20%，C彡0. 1%，狗余量。電解錳的的組分為Mn99. 5%, C ^ 0. 08%，雜質(zhì)余量。采用本發(fā)明上述藥芯焊絲制備一種含Mn2B、Fe2B硬質(zhì)相鐵基耐磨堆焊合金的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，按照上述粉芯配比藥芯軋制焊絲，得到直徑1. 6mm的粉芯絲材；步驟2，采用氣保焊制備堆焊合金工藝，焊接工藝參數(shù)為電壓22-30V ；電流 190-240A ；送絲速度410-510mm/min ；氣體流速15_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離 19-25mm。步驟2所述堆焊工藝進行優(yōu)化，將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓23-30V ；電流 200-230A ；送絲速度410-510mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離 21-25mm。優(yōu)選所述藥芯焊絲，焊絲各組分范圍優(yōu)選如下硼鐵觀-55，電解錳16_36，鐵
粉余量。
在堆焊合金中形成的合金元素的含量在如下范圍內(nèi)Mn 6 13wt. % ；B :1. 5 3. 4wt. % ；C 0. 1 0. 2wt. % ；Fe 余量；采用這種藥芯焊絲在上述工藝條件下制備的堆焊合金，硼主要以!^e2B形式存在， Mn以Mn2BB式存在并分布于基體之中，硼化物(Mn2BJe2B)做為合金的主要耐磨骨架，耐磨性較好，Mn在基體中使基體中的物相主要為鐵素體和奧氏體，有效的提高了基體韌性，減少裂紋的產(chǎn)生。藥芯焊絲中主要成分作用如下錳奧氏體化元素，使堆焊后的金屬基體物相主要為鐵素體和奧氏體，不產(chǎn)生馬氏體，并在沖擊環(huán)境下，產(chǎn)生沖擊硬化。同時Mn也是產(chǎn)生硬質(zhì)相Mn2B的元素與!^e2B共同構(gòu)成硬質(zhì)相骨架，增加耐磨性。硼獲得高硬度的硼化物主要是!^e2B和Mn2B,從而提高堆焊合金的耐磨性。同時由于硼在室溫下在基體中的溶解度很低，所以對基體的性質(zhì)影響很小。碳使基體獲得一定的強度，少量的碳形成硬質(zhì)相與硼化物構(gòu)成耐磨骨架。本發(fā)明含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲可以加入鎳，鈮及稀土元素，改善硬質(zhì)相形態(tài)， 從而提高耐磨性。用本發(fā)明研制的藥芯焊絲制備的堆焊合金含有高硬度的!^e2B,合金硬度更高，能達到HRC 58，提高沖擊條件下的耐磨性。結(jié)果表明焊接工藝性良好，堆焊后金屬在一定沖擊條件下，耐磨性優(yōu)良，實現(xiàn)了發(fā)明目的。


圖1為實施例1所得堆焊合金的SEM圖；
圖2為實施例1所得堆焊合金XRD圖；圖3為實施例1-9堆焊合金相對耐磨性變化規(guī)律圖。
具體實施例方式本發(fā)明的焊絲是通過以下方法實現(xiàn)的選用12X0. 3 (寬度為12mm，厚度為0. 3mm)的SPCC鋼帶。先將其軋成U形。按照藥芯配比設(shè)計配成藥粉，加粉軋制并減徑成直徑1. 6mm的焊絲。實施例1、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵觀％，電解錳18%，鐵粉余量，填粉率為27%。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓23-30V ；電流200-230A ；送絲速度410-510mm/min ；氣體流速:18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :5. 8wt. % ；B :2. Iwt % ；C 0. lwt. % Je余量。所得堆焊層平均硬度為HRC43，焊縫外形美觀，沒有裂紋。SEM見圖1， 堆焊合金XRD圖見圖2。實施例2、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵觀％，電解錳25%，鐵粉余量，填粉率為27%。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓23-30V ；電流200-230A ；送絲速度:410-510mm/min ；氣體流速19_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :7. 8wt. % ；B :2. Iwt % ；C 0. Iwt. % ；狗余量。所得堆焊層平均硬度為HRC46，焊縫外形美觀，沒有裂紋。實施例3、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵觀%，電解錳40 %，鐵粉余量，填粉率為27 %。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓23-30V ；電流200-230A ；送絲速度410-510mm/min ；氣體流速:18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :13wt. % ；B :2. Iwt % ；C 0. lwt. % Je余量。所得堆焊層平均硬度為HRC44，焊縫外形美觀，沒有裂紋。實施例4、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵40%，電解錳18%，鐵粉余量，填粉率為沈％。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓26-30V ；電流210-230A ；送絲速度:410-510mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :5. 8wt. % ；B :2. 8wt% ；C 0. lwt. % Je余量。所得堆焊層平均硬度為HRC54，焊縫外形美觀，沒有裂紋。實施例5、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵40 %，電解錳25 %，鐵粉余量，填粉率為沈%。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓26-30V ；電流210-230A ；送絲速度:410-510mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :8. lwt. % ；B :2. 7wt% ；C 0. Iwt. % ；Fe余量。所得堆焊層平均硬度為HRC59。實施例6、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵40%，電解錳40%，鐵粉余量，填粉率為沈％。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓26-30V ；電流210-230A ；送絲速度:410-510mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :13wt. % ；B :2. 7wt % ；C 0. Iwt. % ；Fe余量。所得堆焊層平均硬度為HRC55。實施例7、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵55%，電解錳18%，鐵粉余量，填粉率為沈％。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓26-29V ；電流210-230A ；送絲速度:410-510mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :5. 8wt. % ；B :3. 4wt% ；C 0. Iwt. % ；Fe余量。所得堆焊層平均硬度為56. 7HRC。實施例8、一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵55 %，電解錳25 %，鐵粉余量，填粉率為沈%。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓
；電流210-230A ；送絲速度410-510mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為=Mn :8wt. %;B :3. 4wt%;C :0. lwt. %； 狗余量。所得堆焊層平均硬度為58. 3HRC。實施例9、
一種含錳含硼耐磨堆焊藥芯焊絲包括SPCC空心焊絲和粉體藥芯，所述粉體藥芯的配比是硼鐵55 %，電解錳40 %，鐵粉余量，填粉率為沈%。將堆焊工藝參數(shù)設(shè)定為電壓26-29V ；電流210-230A ；送絲速度:410-510mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。上述工藝制備的堆焊合金成分為Mn :13wt. % ；B 3. 4wt % ；C 0. Iwt. % ；Fe余量。所得堆焊層平均硬度為58. 3HRC。對實例所制備堆焊合金進行耐磨損實驗，采用MLS-225型濕砂橡膠輪式磨粒磨損試驗機進行。磨損試樣尺寸為57X25. 5 X 6mm，試驗參數(shù)如下橡膠輪轉(zhuǎn)速M0r/min ；橡膠輪直徑178mm ；橡膠輪硬度60(紹爾硬度)；載荷100N ；橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)預(yù)磨1000轉(zhuǎn)、精磨 5000轉(zhuǎn)、磨料粒度40-70目石英砂。材料耐磨性能用磨損的失重量來衡量。實施例1-9堆焊合金相對耐磨性變化規(guī)律實驗結(jié)果如圖3。在上述實施例中，所述硼鐵的組分及各組分百分比為B 18-20%，C彡0. l%，F(xiàn)e余量。電解錳的的組分為Mn99. 5%, C^ 0. 08%，雜質(zhì)余量。本發(fā)明的焊絲不受上述實例的限制，任何在本發(fā)明的權(quán)利要求書要求保護的范圍內(nèi)的改進和變化都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含錳含硼鐵基耐磨堆焊用藥芯焊絲，其特征在于，其粉體藥芯的組分及各組分的質(zhì)量百分含量(％ )是硼鐵25-60，電解錳15-40，鐵粉余量；藥芯焊絲外皮帶材為 SPCC鋼帶；粉體藥芯在所述空心焊絲中的填充率為對-27%。
2.按照權(quán)利要求1的一種藥芯焊絲，其特征在于藥芯組分的質(zhì)量百分含量(％)是 硼鐵:28-60,電解錳16-40，鐵粉余量。
3.按照權(quán)利要求1的一種藥芯焊絲，其特征在于藥芯組分的質(zhì)量百分含量(％)是: 硼鐵:28-55,電解錳16-36，鐵粉余量。
4.按照權(quán)利要求1的一種含錳含硼鐵基耐磨堆焊用藥芯焊絲，其特征在于，所述硼鐵的組分及各組分百分比為B 18-20%, C^O. 1%, Fe余量；電解錳的組分為Mn99. 5%, C^O. 08%，余量雜質(zhì)。
5.采用權(quán)利要求1的焊絲制備一種含 ^2Β、Mn2B硬質(zhì)相鐵基耐磨堆焊合金的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，按照上述粉芯配比藥芯軋制焊絲，得到直徑1. 6mm的粉芯絲材；步驟2，采用氣保焊制備堆焊合金工藝，焊接工藝參數(shù)為電壓22-30V ；電流190-M0A ； 送絲速度410-510mm/min ；氣體流速15_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離19_25mm。
6.按照權(quán)利要求5的制備方法，其特征在于，步驟2所述焊接工藝參數(shù)為電壓 23-30V ；電流200-230A ；送絲速度420-500mm/min ；氣體流速18_25L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離21-25mm。
7.按照權(quán)利要求5的方法制備的堆焊合金，其特征在于，堆焊合金中各元素的含量在如下范圍內(nèi):Mn 5 14wt. % ；B :0. 5 3. 5wt. % ；C :0. 1 0. 3wt. % ；Fe 余量。
8.按照權(quán)利要求5的方法制備的堆焊合金，其特征在于，堆焊合金中各元素的含量在如下范圍內(nèi):Mn 6 13wt. % ；B :1. 5 3. 4wt. % ；C :0. 1 0. 2wt. % ；Fe 余量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含錳含硼鐵基耐磨堆焊用藥芯焊絲及堆焊合金的制備方法，屬于材料加工焊接材料領(lǐng)域。其粉體藥芯的組分及各組分的質(zhì)量百分含量是硼鐵25-50，電解錳15-40，鐵粉10-60；藥芯焊絲外皮帶材為SPCC鋼帶；粉體藥芯在所述空心焊絲中的填充率為25-27％。采用氣保焊制備堆焊合金工藝電壓22-30V；電流190-240A；送絲速度410-510mm/min；氣體流速15-25L/min；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離19-25mm。本發(fā)明藥芯焊絲制備的堆焊合金含有高硬度的Mn2B、Fe2B，合金硬度更高，提高沖擊條件下的耐磨性，焊接工藝性良好，堆焊后金屬在沖擊條件下耐磨性優(yōu)良。
文檔編號B23K35/24GK102407411SQ201110306940
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者周正, 崔麗, 李曉延, 王文標, 王智慧, 蔣建敏, 賀定勇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)