本發(fā)明屬于耐磨堆焊，具體涉及一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒及應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

1、在工業(yè)應(yīng)用中，鐵基耐磨合金應(yīng)用最為廣泛，這主要?dú)w功于其高性價(jià)比而備受用戶青睞，主要類型有兩種：高鉻和高硼合金，其中高硼合金因硼原子在鐵素體、奧氏體等基體的溶解度低于0.02％而易析出大量的四邊塊狀fe2b型硼化物，從而呈現(xiàn)較高的耐磨性。常見的高硼合金體系包括fe-b、fe-c-b、fe-cr-b、fe-cr-b-c等。

2、為了提高如藥芯焊絲、復(fù)合粉粒等堆焊材料的自保護(hù)工藝性能，通常需加入一定數(shù)量的含碳組分，一部分以高碳鉻鐵等復(fù)合碳的方式添加，另一部分以石墨等單質(zhì)形式加入。以高碳鉻鐵等復(fù)合碳的方式代替“金屬鉻+石墨”的方式，可降低堆焊材料成本，增加自生保護(hù)氣體量而改善堆焊工藝性能。以石墨方式加入，也可改善自保護(hù)工藝性能。然而，無(wú)論以上述哪種方式添加碳組分，均會(huì)導(dǎo)致大量變態(tài)共晶(α-fe+m3(b,c))析出。這些變態(tài)共晶要么呈蜂窩狀，要么呈沿晶網(wǎng)狀，整體很脆，極大了降低高硼合金的韌性，導(dǎo)致其在明弧堆焊條件極易開裂，呈現(xiàn)剝離性掉落。這需抑制脆性變態(tài)脆性的析出以提升其抗裂性。

3、高硼合金的主要耐磨相為fe2b，其中用cr原子置換fe原子，可獲得復(fù)合(fe,cr)2b相。研究表明，增加該相鉻含量可以改善其顯微硬度和相韌性，減輕脆化傾向。然而，由于大量含硼組分的加入，堆焊材料缺乏空間而制備高鉻含量的高硼合金，致使鉻含量局限于12％cr以下而難以改善(fe,cr)2b相屬性。創(chuàng)新鉻組分的添加方式勢(shì)在必行。不僅如此，(fe,cr)2b相的中溫相強(qiáng)度不足，制備新型耐中高溫耐磨相較為迫切。

4、高硼合金的基體主要為鐵素體或者固溶一定數(shù)量的富鉻鐵素體，馬氏體較少，該系合金較脆。以?shī)W氏體基體的高硼合金較難獲得，主要在于堆焊材料已無(wú)空間加入大量的奧氏體化合金組元，這導(dǎo)致高硼合金的抗裂性難以滿足實(shí)際要求。

5、因此，研發(fā)一種堆焊以?shī)W氏體為基體的高硼合金的復(fù)合粉粒，并使之堆焊合金兼具優(yōu)良耐磨性和較高抗裂性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于針對(duì)目前堆焊材料存在的上述欠缺，提供一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒。

2、本發(fā)明的上述目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、該種復(fù)合粉粒，采用將其所含粉末組分經(jīng)過(guò)篩稱量、干式混粉、添加水玻璃濕式混粉、濕粉旋轉(zhuǎn)造粒、低溫?zé)Y(jié)、粉粒篩分的制備工藝步驟而制成粒度8目～10目的復(fù)合粉粒；

4、所述復(fù)合粉粒所含粉末組分的重量百分含量分別為：37～42％的含鉬量48～52％的鉬鐵(femo50-a)；20～22％的碳化硼含量99％以上的碳化硼(b4c)；10～12％的含鉻量68～72％、含碳量8％的高碳鉻鐵(fecr70c8.0-a)；9～11％的含鈦量為25～30％的鈦鐵(feti30-a)；2～3％的含鋁量49～50％和含鎂量49～50％的鋁鎂粉(al-mg)；余量為含鐵量不低于98％的還原鐵粉(fe)。

5、進(jìn)一步，復(fù)合粉粒所含鉬鐵、碳化硼、高碳鉻鐵、鈦鐵、還原鐵粉的粉末組分過(guò)60目篩，鋁鎂粉過(guò)200目篩后稱量。

6、進(jìn)一步，向干混合粉末中添加的水玻璃為硅酸鈉型，波美度30～35，模數(shù)3.0～3.3。

7、進(jìn)一步，以20～25ml硅酸鈉型水玻璃/100g干混合粉末的方式，向干混合粉末添加水玻璃進(jìn)行濕式混粉。

8、進(jìn)一步，將濕粉體粘合造粒的旋轉(zhuǎn)速度為2～4轉(zhuǎn)/秒。

9、進(jìn)一步，復(fù)合粉粒在280～300℃低溫?zé)Y(jié)并保溫2～4小時(shí)后出爐。

10、本發(fā)明目的之二在于提供上述復(fù)合粉粒的應(yīng)用方法，即：焊前將篩選好的復(fù)合粉粒預(yù)置于焊道，以直徑φ2.5mm的er304不銹鋼實(shí)心焊絲(該型焊絲的化學(xué)成分相當(dāng)于國(guó)標(biāo)gb/t17854-99所列h0cr18ni9焊絲)作為填充材料，采用直流電源反接法進(jìn)行自保護(hù)明弧堆焊，利用不銹鋼實(shí)心焊絲和基板之間產(chǎn)生的電弧，熔化預(yù)置于焊道上的復(fù)合粉粒，與不銹鋼實(shí)心焊絲熔化熔滴，共同形成堆焊熔池，冷卻凝固為填粉率(填粉率＝復(fù)合粉粒熔化重量/(復(fù)合粉粒熔化重量+er304不銹鋼實(shí)心焊絲熔化重量))0.45～0.50的高硼合金。

11、進(jìn)一步，堆焊電流控制值410～420a，焊機(jī)小車行走速度15.5～16.0m/h。

12、本發(fā)明的一種復(fù)合粉粒，與er304不銹鋼實(shí)心焊絲協(xié)同使用，堆焊高硼合金；該合金基體以?shī)W氏體為主，另外包括少量的鐵素體；硬質(zhì)相包括塊狀mo2feb2相(m包括fe,cr兩種主要合金化元素，下同)、塊狀m2b相，細(xì)條狀m23(c,b)6相、點(diǎn)狀tic相和fe4n相(該相尺寸小，主要分布于奧氏體基體)，形成了一種塑性基體和高硬度耐磨相協(xié)同強(qiáng)化的組織結(jié)構(gòu)。該復(fù)合粉?？蓱?yīng)用于由一定沖擊載荷且耐中溫的磨粒磨損工況的零部件堆焊耐磨合金，如破碎高溫礦渣的單輥破碎機(jī)的齒頭及其側(cè)面堆焊制備和修復(fù)。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下創(chuàng)新點(diǎn)和有益效果：

14、(1)抗裂性高：以?shī)W氏體為主要基體，該基體不僅固溶了較高含量的碳，避免了變態(tài)共晶(α-fe+m3(b,c))的析出，提高了明弧高硼焊縫的抗裂性。此外，奧氏體屬于面心立方結(jié)構(gòu)，滑移系多，通過(guò)其塑性變形可有效減小外加載荷對(duì)高硼合金主耐磨m2b相的沖擊影響，自保護(hù)明弧堆焊兩層未產(chǎn)生裂紋。

15、(2)鉻原子的來(lái)源形式不同：與通常高硼合金的鉻原子主要來(lái)源于復(fù)合粉粒所含的金屬鉻、高碳鉻鐵或微碳鉻鐵等含鉻組分不同，所述高硼合金的鉻原子主要來(lái)源于er304不銹鋼實(shí)心焊絲，復(fù)合粉粒補(bǔ)充了部分鉻原子，這使得該高硼合金的鉻含量超過(guò)12％cr，為添加其他合金組元而析出另一種主耐磨相留足了操作空間，整體呈現(xiàn)了高耐腐蝕性，利于改善耐磨性。

16、(3)主耐磨相不同：與通常高硼合金只有塊狀m2b相不同，所述高硼合金的主耐磨相包括塊狀mo2feb2相與塊狀m2b相，克服了原來(lái)單一m2b相的缺點(diǎn)；mo2feb2相具有比m2b相更高的顯微硬度和耐高溫性，這使得該高硼合金可用于耐中溫的磨粒磨損工況。

17、(4)高硼合金層的顯微硬度高：所述高硼合金層的第一層顯微硬度1070～1167hv；第二層的顯微硬度1384～1666hv，已經(jīng)高于傳統(tǒng)高硼合金1200hv左右的顯微硬度均值水準(zhǔn)，達(dá)到粉末硬質(zhì)合金刀具的水準(zhǔn)，尤其第二層的顯微硬度已經(jīng)超越一般高硼合金所含塊狀m2b相的顯微硬度。

18、(5)耐磨性極為優(yōu)良：所制備的耐磨合金磨損失重均值0.0044g，遠(yuǎn)低于一般高鉻和高硼合金的0.03～0.05g的磨損失重，呈現(xiàn)出極其優(yōu)良的耐磨性；該合金又具較好的抗裂性，兼具較高韌性和極其優(yōu)良的耐磨性的特殊屬性。

技術(shù)特征：

1.一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒，采用將其所含粉末組分經(jīng)過(guò)篩稱量、干式混粉、添加水玻璃濕式混粉、濕粉旋轉(zhuǎn)造粒、低溫?zé)Y(jié)、粉粒篩分的制備工藝步驟而制成粒度8目～10目的復(fù)合粉粒；所述復(fù)合粉粒所含粉末組分的重量百分含量分別為：37～42％的含鉬量48～52％的鉬鐵；20～22％的碳化硼含量99％以上的碳化硼；10～12％的含鉻量68～72％、含碳量8％的高碳鉻鐵；9～11％的含鈦量為25～30％的鈦鐵；2～3％的含鋁量49～50％和含鎂量49～50％的鋁鎂粉；余量為含鐵量不低于98％的還原鐵粉。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒，其特征在于：復(fù)合粉粒所含鉬鐵、碳化硼、高碳鉻鐵、鈦鐵、還原鐵粉的粉末組分過(guò)60目篩，鋁鎂粉過(guò)200目篩后稱量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒，其特征在于：向干混合粉末中添加的水玻璃為硅酸鈉型，波美度30～35，模數(shù)3.0～3.3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒，其特征在于：以20～25ml硅酸鈉型水玻璃/100g干混合粉末的方式，向干混合粉末添加水玻璃進(jìn)行濕式混粉。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒，其特征在于：將濕粉體粘合造粒的旋轉(zhuǎn)速度為2～4轉(zhuǎn)/秒。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒，其特征在于：復(fù)合粉粒在280～300℃低溫?zé)Y(jié)并保溫2～4小時(shí)后出爐。

7.一種如權(quán)利要求1所述復(fù)合粉粒的應(yīng)用方法，其特征在于：焊前將篩選好的復(fù)合粉粒預(yù)置于焊道，以直徑φ2.5mm的er304不銹鋼實(shí)心焊絲作為填充材料，采用直流電源反接法進(jìn)行自保護(hù)明弧堆焊，利用不銹鋼實(shí)心焊絲和基板之間產(chǎn)生的電弧，熔化預(yù)置于焊道上的復(fù)合粉粒，與不銹鋼實(shí)心焊絲熔化熔滴，共同形成堆焊熔池，冷卻凝固為填粉率0.45～0.50的高硼合金。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述復(fù)合粉粒的應(yīng)用方法，其特征在于：堆焊電流控制值410～420a，焊機(jī)小車行走速度15.5～16.0m/h。

技術(shù)總結(jié)
一種自保護(hù)明弧堆焊高硼合金的復(fù)合粉粒，采用將其所含粉末組分經(jīng)過(guò)篩稱量、干式混粉、添加水玻璃濕式混粉、濕粉旋轉(zhuǎn)造粒、低溫?zé)Y(jié)、粉粒篩分的制備工藝步驟而制成粒度8目～10目的復(fù)合粉粒。以該復(fù)合粉粒和ER304實(shí)心焊絲自保護(hù)明弧堆焊，使復(fù)合粉粒熔體和實(shí)心焊絲熔滴共同形成堆焊熔池而凝固為高硼合金。優(yōu)化復(fù)合粉粒的合金組元種類及含量，以調(diào)控碳原子和硼原子在耐磨相和基體的分布和數(shù)量，形成了包括Mo<subgt;2</subgt;FeB<subgt;2</subgt;相和M<subgt;2</subgt;B相的塊狀主耐磨相、條狀M<subgt;23</subgt;(C,B)<subgt;6</subgt;相、點(diǎn)狀TiC相和奧氏體基體協(xié)同強(qiáng)化的組織結(jié)構(gòu)，堆焊合金的顯微硬度可至1500～1700HV。該復(fù)合粉?？捎糜诹悴考押赋惺軟_擊載荷和耐中溫的磨粒磨損合金層，如破碎高溫礦渣的單輥破碎機(jī)的齒頭堆焊制備和修復(fù)。

技術(shù)研發(fā)人員：龔建勛,袁亮,張健濠,張明華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湘潭大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30