一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：55～65％的高碳鉻鐵；2～6％的釩鐵；2～6％的鈦鐵；3～7％的鈮鐵；3～5％的石墨；2～3％的硼鐵；8～14％脫氧劑，余為鐵粉，脫氧劑為鋁鎂合金、錳粉和硅鐵的混合物，質(zhì)量比為鋁鎂合金∶錳粉∶硅鐵＝(1～4)∶(6～8)∶(1∶3)，且質(zhì)量滿足：錳粉wt％≥硅鐵wt％+鋁鎂合金wt％，藥芯占焊絲總重量的比例為50～57％。本發(fā)明提供的焊絲，具有成本低廉，硬度高且均勻，耐磨性佳等特點(diǎn)，且多層焊無(wú)需清渣，氣孔敏感性極小。
【專利說明】一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域，具體地涉及一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]自保護(hù)藥芯焊絲具有堆敷效率快、組分調(diào)節(jié)便捷，無(wú)需外加輔助氣體或焊劑，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的耐磨堆焊材料之一。堆焊用自保護(hù)藥芯焊絲一般依靠藥芯組分在焊接冶金過程中生成碳化物抗磨質(zhì)點(diǎn)，這些抗磨質(zhì)點(diǎn)分布在強(qiáng)韌的基體組織中，使得堆焊金屬具有優(yōu)良的耐磨性。因此，堆焊金屬中所過渡的合金數(shù)量，從根本上決定了它的耐磨性能。傳統(tǒng)的自保護(hù)藥芯焊絲，為了實(shí)現(xiàn)良好的自保護(hù)效果，除了添加形成耐磨焊縫所必需的合金元素外，還要在藥芯中添加造渣劑，如金紅石、螢石、碳酸鹽等，這些造渣劑在焊接過程中形成熔渣，從而避免空氣對(duì)金屬熔滴的入侵。但是由于造渣劑質(zhì)量較輕，往往占據(jù)了藥芯中大部分的空間。這就使得鐵合金和金屬粉末的添加量受到限制，從而成為自保護(hù)藥芯焊絲耐磨性能進(jìn)一步提高的瓶頸。近幾年，無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲的出現(xiàn)突破了這一技術(shù)瓶頸，其藥芯中不添加任何礦物粉末，從而最大限度地增大了合金粉的裝填量，同時(shí)有利于增加填充率，提供了調(diào)整焊絲耐磨性能的廣闊空間和內(nèi)在潛力。
[0003]目前堆焊修復(fù)的耐磨堆焊用藥芯焊絲，一般都含有Mn、S1、C等元素。其中所含的Cr，在焊接過程中與C和Fe形成粗大的(Cr、Fe)7C3碳化物，該類焊絲抗裂性較差。同時(shí)(Cr^Fe)7C3碳化物的生長(zhǎng)位向?qū)δ湍バ杂绊戄^大。這是因?yàn)?Cr、Fe)7C3碳化物為六方棱柱結(jié)構(gòu)，其橫截面顯微硬度為1500-1700HV，縱截面顯微硬度為1100-1200HV。研究者們通過添加強(qiáng)碳化物形成元素在一定程度上改良了這一現(xiàn)狀。如河海大學(xué)的《釩強(qiáng)化耐磨埋弧堆焊藥芯焊絲》(201010197412.0)，其中釩鐵質(zhì)量比8~20% ;中冶集團(tuán)建筑研究總院的《一種高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯`焊絲》(200710175676.4)，其中鈮鐵質(zhì)量比10~30% ;河海大學(xué)的《鈦強(qiáng)化耐磨埋弧堆焊藥芯焊絲》(201010197427.7)，其中鈦鐵質(zhì)量比10~25%。然而，(V，Ti，Nb)C復(fù)合碳化物具有更高的熱穩(wěn)定性和硬度，倘若利用明弧焊接技術(shù)在堆焊過程中析出(V，Ti，Nb)C復(fù)合碳化物，無(wú)疑將進(jìn)一步提高堆焊合金組織穩(wěn)定性及耐磨性。此外，使用多元復(fù)合添加的方法可能在保證形成MC型一次復(fù)合碳化物的條件下，將強(qiáng)碳化物形成元素的添加總量控制在較低的水平，從而達(dá)到節(jié)約成本、控制焊絲制造成本的目的，將適合大量應(yīng)用于耗材量較大的鋼軋輥、磨煤輥、輥壓機(jī)、挖掘機(jī)等大型設(shè)備耐磨部件的再制造和修復(fù)作業(yè)。目前研究中還未有通過添加少量多元強(qiáng)碳化物形成元素以形成復(fù)合碳化物硬質(zhì)相強(qiáng)化堆焊藥芯焊絲的報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲。
[0005]技術(shù)內(nèi)容:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，其特征在于，所述的藥芯成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍如下55~65%的高碳鉻鐵；2~6%的釩鐵；2~6%的鈦鐵；3~7%的銀鐵；3~5%的石墨；2~3 %的砸鐵；8~14%脫氧劑,余為鐵粉,脫氧劑為招續(xù)合金、猛粉和硅鐵的混合物，質(zhì)量比為鋁鎂合金:錳粉:硅鐵=(I~4):出~8): (I: 3)，且質(zhì)量滿足:錳粉wt %≥硅鐵wt % +鋁鎂合金wt %，藥芯占焊絲總重量的比例為50~57 %。
[0006]優(yōu)選地，所述的高鉻鑄鐵含碳量為9~IOwt %，含鉻量為60~70wt%，其余為鐵；所述的釩鐵含釩量為35~50wt%，其余為鐵；所述的鈦鐵含鈦量為28~32wt%，其余為鐵；所述的鈮鐵含鈮量為50~60wt%，其余為鐵；所述的硼鐵含硼量為19~25wt%，其余為鐵；所述的脫氧劑中鋁鎂合金含鋁量為47~53wt%，其余為鎂；所述的脫氧劑中硅鐵含硅量為72~80wt%，其余為鐵。
[0007]優(yōu)選地，所述藥芯的所有組分的粒徑大于或等于80目。
[0008]優(yōu)選地，所述低碳鋼帶為H08A碳鋼鋼帶。
[0009]其中，所述低碳鋼帶的尺寸(厚度X寬度)為:0.3 X 16mm或0.4 X 18mm或
0.5X 21mm。
[0010]所述焊絲的直徑為 2.40mm、2.60mm、2.85mm、3.15mm、3.45mm、3.80mm 和 4.1Omm 中
的任意一種。
[0011]上述釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0012](I)利用成型軋輥將低碳鋼鋼帶軋成U形，然后通過送粉裝置將本發(fā)明的藥芯材料按本發(fā)明焊絲總重的50~57%加入到U形槽中；
[0013](2)將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2.40~4.10mm，得到最終產(chǎn)品。
[0014]在上述藥芯中各組分主要作用如下:
[0015]高碳鉻鐵:其成分為:向堆焊金屬中過渡合金元素Cr，并提供C元素。
[0016]釩鐵、鈦鐵和鈮鐵:優(yōu)先與C結(jié)合形成(V，Ti，Nb)C復(fù)合硬質(zhì)耐磨相。
[0017]石墨:提供C元素，部分氧化形成CO造成熔池微沸騰，降低氣孔敏感性。
[0018]硼鐵:改善焊道表面成形。
[0019]脫氧劑為鋁鎂合金、錳粉和硅鐵3種的機(jī)械混合物。通過脫氧達(dá)到良好的自保護(hù)效果。
[0020]由上述技術(shù)方案和藥芯中各組分的作用簡(jiǎn)述可以明了，本發(fā)明由于同時(shí)在藥芯中添加適量的釩、鈦和鈮，在焊接冶金過程中形成大量的(V，Ti，Nb)C復(fù)合碳化物，且彌散分布。從而使組織得以細(xì)化，增加堆焊金屬?gòu)?qiáng)韌性。并且，由于先析(V，Ti，Nb)C復(fù)合碳化物具有比之(Cr、Fe)7C3碳化物更高的硬度和熱穩(wěn)定性，提高堆焊金屬的硬度和耐磨性。釩鈦鈮復(fù)合添加總量大為減少，就能達(dá)到顯著提高耐磨性能的目的，從而大大節(jié)約了焊絲制造成本，實(shí)現(xiàn)了少量多元強(qiáng)化的初衷，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
[0021]在上述技術(shù)方案中，所述脫氧劑是鋁鎂合金、錳粉和硅鐵3種合金按(I~4):出~8): (1: 3)的機(jī)械混合。由于本焊絲不添加任何礦物粉，只能主要依靠合金元素脫氧保護(hù)熔滴或熔池，需要添加強(qiáng)脫氧元素Al和Mg。但是鋁鎂合金添加過多會(huì)惡化焊縫表面成形。Si的脫氧能力低于Al而強(qiáng)于Mn，但添加過量會(huì)使焊道表面形成凹坑。Mn有脫氧和造氣的雙重效果，添加量相對(duì)宜多。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)配制的脫氧劑質(zhì)量同時(shí)滿足錳粉％ >硅鐵％ +鋁鎂合金％時(shí)，三者聯(lián)合脫氧的綜合效果較為理想。
[0022]有益效果:本發(fā)明通過同時(shí)在藥芯中添加適量的釩、鈦和鈮，在焊接冶金過程中形成大量彌散分布的(V，Ti，Nb) C復(fù)合碳化物，并成為(Cr、Fe)7C3碳化物的異質(zhì)形核核心，而降低(Cr、Fe)7C3碳化物的尺寸，使組織得以細(xì)化。并且，先析(V，Ti，Nb)C復(fù)合碳化物具有比之(Cr、Fe)7C3碳化物更高的硬度和熱穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高堆焊金屬的耐磨性。本發(fā)明的藥芯焊絲成本低廉，焊接工藝性能好，氣孔敏感性極小，合金均勻化程度高，堆焊層表面硬度均勻，平均硬度在56~65HRC范圍。耐磨性為Q235的16~35倍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的藥芯焊絲的(V，Ti，Nb)C復(fù)合碳化物形態(tài)。
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的藥芯焊絲的(V，Ti，Nb)C復(fù)合碳化物(如圖1)能譜分析圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，實(shí)施例所描述的具體的藥芯組分配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。其中，下列各實(shí)施例中所使用的高鉻鑄鐵含碳量為9~IOwt^，含鉻量為60~70wt %，其余為鐵；釩鐵含釩量為35~50wt %，其余為鐵；鈦鐵含鈦量為28~32wt %，其余為鐵；銀鐵含銀量為50~60wt%,其余為鐵；硼鐵含硼量為19~25wt%,其余為鐵；脫氧劑中鋁鎂合金含鋁量為47~53wt %，其余為鎂；脫氧劑中硅鐵含硅量為72~80wt %，其余為鐵。
[0026]實(shí)施例1
[0027]一種釩鈦鈮復(fù)合 強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制:55g的高碳鉻鐵、2g的釩鐵、4g的鈦鐵、7g的鈮鐵、3g的石墨、2g的硼鐵、8g的脫氧劑和19g的鐵粉，共100g粉末，其中脫氧劑包含Ig的鋁鎂合金、6g的錳粉和Ig的硅鐵。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的16 X 0.3mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為54%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4.10mm、3.80mm、
3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40~4.1Omm的產(chǎn)品。焊接電流為280~400A，焊接電壓為28~36V，焊接速度為2.4m/min，層間溫度控制在150~250°C，堆焊3層。堆焊金屬硬度為56HRC及耐磨性見表1。
[0028]實(shí)施例2
[0029]一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制:58g的高碳鉻鐵、5g的釩鐵、2g的鈦鐵、6g的鈮鐵、4g的石墨、2.5g的硼鐵、14g的脫氧劑和8.5g的鐵粉，共100g粉末，其中，脫氧劑包含4g的鋁鎂合金、Sg的錳粉和2g的硅鐵。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合4 0分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的16X0.3mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為50%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為
4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm 的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40?4.1Omm的產(chǎn)品。焊接電流為280?400A，焊接電壓為28?36V，焊接速度為2.4m/min，層間溫度控制在150?250°C，堆焊3層。堆焊金屬硬度及耐磨性見表I。
[0030]實(shí)施例3
[0031]一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制:62g的高碳鉻鐵、4g的釩鐵、5g的鈦鐵、4g的鈮鐵、4g的石墨、2.5g的硼鐵、12g的脫氧劑和6.5g的鐵粉，共IOOg粉末，其中，脫氧劑包含3g的鋁鎂合金、6g的錳粉和3g的硅鐵。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的16X0.3mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為51%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為
4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm 的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40?4.1Omm的產(chǎn)品。焊接電流為280?400A，焊接電壓為28?36V，焊接速度為2.4m/min，層間溫度控制在150?250°C，堆焊3層。堆焊金屬硬度及耐磨性見表I。
[0032]實(shí)施例4
[0033]一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制:65g的高碳鉻鐵、6g的釩鐵、6g的鈦鐵、3g的鈮鐵、5g的石墨、3g的硼鐵、IOg的脫氧劑和2g的鐵粉，共IOOg粉末，其中，脫氧劑包含2g的鋁鎂合金、7g的錳粉和Ig的硅鐵。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的16 X 0.3mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為52%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40?4.1Omm的產(chǎn)品。焊接電流為280?400A，焊接電壓為28?36V，焊接速度為2.4m/min，層間溫度控制在150?250°C，堆焊3層。堆焊金屬硬度及耐磨性見表I。
[0034]表I所打硬度采用HR-150A洛氏硬度計(jì)，荷載150Kg，對(duì)每一個(gè)測(cè)試樣取5點(diǎn)硬度，計(jì)算平均硬度值。
[0035]磨損實(shí)驗(yàn)采用MLS-225型濕式橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī)。
[0036]將每個(gè)實(shí)施例的堆焊層切五個(gè)尺寸為57X25X6mm磨損試樣。磨損實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下:橡膠輪直徑:178mm，橡膠輪轉(zhuǎn)速:240轉(zhuǎn)/分，橡膠輪硬度:70 (邵爾硬度)，載荷:10Kg，橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù):預(yù)磨1000轉(zhuǎn)，正式試驗(yàn)轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，磨料:40?70目的石英砂。堆焊金屬的耐磨性能以正式磨損的失重量來衡量。在每次實(shí)驗(yàn)前、后將試樣置入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗3?5分鐘，待干后稱重記錄。實(shí)驗(yàn)用Q235鋼作為對(duì)比樣，對(duì)比件失重量與測(cè)量件失重量之比作為堆焊樣的相對(duì)耐磨性ε。
[0037]表I各實(shí)施例堆焊金屬氣孔敏感性與耐磨性
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，其特征在于，所述的藥芯成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍如下:55~65%的高碳鉻鐵；2~6%的釩鐵；2~6%的鈦鐵；3~7%的鈮鐵；3~5%的石墨；2~3%的硼鐵；8~14%脫氧劑，余為鐵粉，脫氧劑為鋁鎂合金、錳粉和硅鐵的混合物，質(zhì)量比為鋁鎂合金:錳粉:娃鐵=(I~4): (6~8): (1: 3),且質(zhì)量滿足:猛粉wt %≥娃鐵wt %+招鎂合金wt藥芯占焊絲總重量的比例為50~57%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，其特征在于，所述的高鉻鑄鐵含碳量為9~IOwt %，含鉻量為60~70Wt%，其余為鐵；所述的釩鐵含釩量為35~50wt%，其余為鐵；所述的鈦鐵含鈦量為28~32wt%，其余為鐵；所述的鈮鐵含鈮量為50~60wt%，其余為鐵；所述的硼鐵含硼量為19~25wt%，其余為鐵；所述的脫氧劑中鋁鎂合金含鋁量為47~53wt%，其余為鎂；所述的脫氧劑中硅鐵含硅量為72~80wt%，其余為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯的所有組分的粒徑大于或等于80目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，其特征在于，所述低碳鋼帶為H)8A碳鋼鋼帶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，其特征在于，所述低碳鋼帶的厚度X寬度為:0.3 X 16mm或0.4X 18mm或0.5 X 21mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲，其特征在于，所述焊絲的直徑為 2.4 0mm>2.60mm>2.85mm、3.15mm、3.45mm、3.80mm和 4.1Omm 中的任意一種。
7.權(quán)利要求1所述的釩鈦鈮復(fù)合強(qiáng)化耐磨堆焊用無(wú)渣自保護(hù)藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)利用成型軋輥將低碳鋼鋼帶軋成U形，然后通過送粉裝置將本發(fā)明的藥芯材料按本發(fā)明焊絲總重的50~57%加入到U形槽中； (2)將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到.2.40~4.10mm，得到最終產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】B23K35/22GK103769770SQ201410032232
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】劉大雙, 吳銘方, 魏萍 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)