本發(fā)明屬于金屬焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高硬度自保護(hù)堆焊藥芯焊絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
高鉻鑄鐵組織內(nèi)部存在高硬度的碳化物，提供了優(yōu)良的耐磨性，加之成本低廉，因此在礦山、機(jī)械。水泥和冶金等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。具體說來，高鉻鑄鐵結(jié)構(gòu)分為亞共晶、共晶和過共晶三種。其中過共晶組織中含有大量孤立高硬度的初生碳化物，耐低應(yīng)力磨損能力更加突出。傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵一股采用鑄造方法制造，但是使用該法只能獲得含碳、鉻量相對(duì)較低的亞共晶或共晶組織。如果繼續(xù)增加碳、鉻含量，試圖形成過共晶組織時(shí)，鑄件中會(huì)不可避免產(chǎn)生疏松、縮孔、熱裂紋等缺陷。
采用先進(jìn)堆焊技術(shù)，可以彌補(bǔ)鑄造方法無法獲得過共晶的缺憾，獲得無缺陷的過共晶高鉻鑄鐵堆焊合金，其藥芯中添加高碳鉻鐵，以保證焊后組織中含有更高的碳、鉻含量，從而使得高鉻鑄鐵堆焊合金具有更佳的耐磨性能。如北京工業(yè)大學(xué)發(fā)明了《高抗裂耐磨高鉻鑄鐵型堆焊藥芯焊絲》(200510127968.1)，其高碳鉻鐵添加量40～60％，其硬度范圍hrc56～60；天津大橋發(fā)明了《一種高鉻鑄鐵明弧堆焊藥芯焊絲及其制備》(專利號(hào)201110446957.5)，其高碳鉻鐵添加量40～60％，其硬度范圍hrc60～61?？梢姡砑痈弑壤母咛笺t鐵組分，是獲得高碳高鉻化學(xué)成分，進(jìn)而形成含有更多初生碳化物的組織，從而具備更高耐磨性的關(guān)鍵。
通過分析國(guó)內(nèi)外已有的相關(guān)專利發(fā)現(xiàn)，目前尚無關(guān)于藥芯中高碳鉻鐵添加量70～80％而硬度卻非常高的堆焊藥芯焊絲報(bào)道。其原因是自保護(hù)藥芯焊絲的研制難度較大，往往需要有較多的造渣造氣劑實(shí)現(xiàn)自保護(hù)效果，使得藥芯空間受限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出一種高硬度自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，該藥芯焊絲具有極高的硬度與耐磨性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種高硬度自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，所述的藥芯包含如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分：高碳鉻鐵70～80％、硅錳合金6～10％、鋁鎂合金1～2％、石墨0.8～3.6％、氮化硼0.5～2％、金紅石5～13％與螢石2～6％；藥芯占焊絲總重量的比例為45～55％。
進(jìn)一步，所述高碳鉻鐵含碳量為9～10wt％，含鉻量為60～70wt％，其余為鐵。
進(jìn)一步，所述低碳鋼帶為h08a碳鋼鋼帶。
進(jìn)一步，所述金紅石為經(jīng)過400～480℃烘烤后的金紅石。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高硬度自保護(hù)堆焊藥芯焊絲的制備方法，包括以下步驟：
⑴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藥芯材料按焊絲總重的45～55％加入到u形槽中；
⑵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。
在上述藥芯中各組分主要作用如下：
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，以在焊接過程中形成碳化物耐磨硬質(zhì)相。
硅錳合金：配方中加入適量的硅元素有助于改善焊縫成型。
鋁鎂合金：脫氧、固氮。
石墨：脫氧，向熔池中提供c元素。
氮化硼：改善熔池流動(dòng)性和焊縫成形，提高各金屬流動(dòng)性。并且有利于形成硼碳硬質(zhì)相，進(jìn)一步提高硬質(zhì)相的體積分?jǐn)?shù)和堆焊金屬的硬度。
金紅石：作為造渣劑使用，嚴(yán)格控制造渣劑的加入量，可以減薄焊后渣殼，有利于熔池中氣體的逸出，減少氣孔數(shù)量，提高焊絲的熔敷速度。
螢石：穩(wěn)定電弧，改善熔池流動(dòng)性。
本發(fā)明有益效果：
1、本發(fā)明中的高碳鉻鐵添加量為70～80％(比現(xiàn)有技術(shù)60％略高)，通過硅錳合金、鋁鎂合金、石墨、氮化硼、金紅石與螢石的合理調(diào)配，成功解決了焊絲的自保護(hù)問題，避免了氣孔等缺陷的發(fā)生，提高堆焊合金的硬度(68～72hrc)。
2、由于高碳鉻鐵價(jià)格便宜，且藥芯中未加任何貴重元素，自保護(hù)堆焊藥芯焊絲的制造成本大大降低。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
藥芯按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：高碳鉻鐵80g、硅錳合金9.5g、鋁鎂合金1g、石墨2g、氮化硼0.5g、金紅石5g與螢石2g。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形的16×0.3mm的h08a碳鋼鋼帶槽中，填充率為55％。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2.40～4.10mm的焊絲產(chǎn)品。焊接電流為280～400a，焊接電壓為28～36v，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例2
藥芯按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：高碳鉻鐵76g、硅錳合金8g、鋁鎂合金2g、石墨0.8g、氮化硼1.2g、金紅石6g與螢石6g。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形的16×0.3mm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2.40～4.10mm的焊絲產(chǎn)品。焊接電流為280～400a，焊接電壓為28～36v，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例3
藥芯按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：高碳鉻鐵70g、硅錳合金10g、鋁鎂合金1g、石墨3.6g、氮化硼1.2g、金紅石10g與螢石4.2g。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形的16×0.3mm的h08a碳鋼鋼帶槽中，填充率為45％。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2.40～4.10mm的焊絲產(chǎn)品。焊接電流為280～400a，焊接電壓為28～36v，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例4
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。
磨損實(shí)驗(yàn)采用mls-225型濕式橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī)。
將每個(gè)實(shí)施例的堆焊層切五個(gè)尺寸為57×25×6mm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。
表1各實(shí)施例堆焊金屬硬度及耐磨性
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。