铸钢齿轮断齿修复堆焊用特种焊条

摘要

本发明属于材料科学与工程领域，本发明涉及一种用于铸钢齿轮断齿修复堆焊用焊条，其化学成分为wt％：大理石45-55，白土子4-7，萤石20-30，石英1-3，金红石2-4，钛铁6-10，高碳锰铁3-5，硅铁1-2，氧化钇2-4，金属镍1-3；焊芯为H08A钢焊丝；采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7-3.0，波美度为48-50。采用本堆焊焊条可以不用焊前预热、焊后热处理对铸钢齿轮断齿进行堆焊修复，堆焊金属具有较高的抗开裂性能；堆焊金属具有一定的硬度(HB160-260)和耐磨性；同时，具有一定的可加工性。

权利要求

1.一种用于铸钢齿轮断齿修复堆焊用焊条，其化学成分为wt％：大理石45-55，白土子

4-7，萤石20-30，石英1-3，金红石2-4，钛铁6-10，高碳锰铁3-5，硅铁1-2，氧化钇2-4，金属镍1-3；焊芯为H08A钢焊丝；采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7-3.0，波美度为48-50。

说明书

铸钢齿轮断齿修复堆焊用特种焊条

技术领域

[0001] 本发明涉及材料科学与工程领域，特别是涉及一种铸钢齿轮断齿修复堆焊用焊条。

背景技术

[0002] 齿轮传动具有传动比恒定、效率高、结构紧凑等特点，齿轮被广泛的应用到机械传动中。对于一些直径较大、形状复杂的大齿轮毛坯，当用锻造方法难于成型时，可采用铸钢制作，其强度比锻钢齿轮低10％左右。铸造齿轮的精度较低，常用于矿山机械和农业机械。近十几年来，随着铸造技术的发展，铸造精度有了很大的提高，某些铸造齿轮已经可以直接用于具有一定传动精度要求的机械中。为了提高铸钢齿轮的精度，应增加机械加工工序，在机械加工前应进行正火，消除铸造应力和硬度不均，改善切削加工性能；机械加工后，一般进行表面淬火，提高硬度、耐磨性及抗疲劳强度。而对于性能要求不高、转速较低的铸钢齿轮通常不需淬火。常用的铸钢有ZG270-500、ZG310-570等。其工艺路线一般为：铸造-正火-机械粗加工、半精加工-表面淬火+低温回火-机械精加工。

[0003] 铸钢齿轮传动常见的失效形式是齿轮轮齿断裂(断齿)和齿面磨损。而断齿一般为突发事件，在没有备用齿轮的情况下，断齿会严重的影响正常的生产，给企业带来巨大的经济损失。实际使用中最常见的断齿有过载断齿和疲劳断齿两种形式。

[0004] 过载断齿是当实际载荷大大超过设计载荷，或因轮齿接触不良造成载荷严重集中，使得轮齿的应力超过其极限应力，在短期内产生轮齿整个或局部断裂的现象。

[0005] 疲劳断齿是轮齿在长期受到过高的交变应力重复作用下，在轮齿的根部弯曲应力较大且应力相对集中的部位产生疲劳裂纹，随着作用次数增多，原始的疲劳裂纹不断扩展，当齿根剩余截面上的应力超过其极限应力时，轮齿就会因过载造成断齿。

[0006] 此外，较为常见的还有随机断齿。随机断齿是指意外情况引起的断齿，如异物进入、润滑不良、材料缺陷、磨刮裂纹、热处理残余应力过高等原因引起的轮齿折断现象。

[0007] 铸钢齿轮价格便宜，因此，其用量较大。但是对铸钢齿轮而言，其制造过程复杂，特别是突发断齿时，在没有备用齿轮的情况下，会严重的影响正常的生产，给企业带来巨大的经济损失。采用堆焊技术可以对铸钢齿轮断齿进行修复，恢复其形状和尺寸，并能获得更好的力学性能，既符合“绿色制造”的要求，又可以直接为企业创造经济效益。

[0008] 然而，对于尺寸较大的铸钢齿轮，如果采用普通的堆焊焊条，必须在焊前对齿轮预热至450℃左右，而且焊后必须进行热处理，否则会焊裂。同时，也很难制造出尺寸较大的热处理加热炉，即使能够制造出如此大的加热炉，由于浪费大量的能源，也会给企业造成巨大的经济效益。

发明内容

[0009] 为了能够实现对铸钢齿轮断齿进行堆焊修复，发明了一种用堆焊用焊条。该焊条的特点是焊前不用对铸铁齿轮进行预热，焊后不用进行热处理，现场使用非常方便，硬度范围为HB160-260，堆焊后宜于加工。

[0010] 这种用于大型铸钢齿轮断齿修复堆焊用焊条其特征在于：大理石45-55，白土子4-7，萤石20-30，石英1-3，金红石2-4，钛铁6-10，高碳锰铁3-5，硅铁1-2，氧化钇2-4，金属镍1-3。焊芯为H08A钢焊丝。采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7-3.0，浓度(波美度)为
48-50。对于硅铁和高碳锰铁使用前需要进行钝化处理，钝化工艺硅铁粉末为720-750℃，高碳锰铁粉末为300-350℃，以上金属粉末均保温1小时。

[0011] 这种堆焊焊条设计的原则是根据大型铸钢齿轮的工作条件，在保证堆焊后齿轮不开裂的条件下，齿轮的齿面在其工作时要具有一定的硬度、耐磨性，同时还应该具有一定的可加工性。本课题组前期研制大型铸钢齿轮堆焊焊条的研究结果表明，从提高堆焊金属的抗开裂性能角度考虑，堆焊金属和热影响区组织均为粗大的铁素体或铁素体+珠光体组织，同时，在堆焊金属和热影响区存在较大的残余拉应力，从而增加了大型铸钢齿轮堆焊后的开裂倾向。添加镍可以提高奥氏体稳定性，增加残余奥氏体量，利用奥氏体良好的塑性可以松弛堆焊金属和热影响区的残余拉应力，但由于铸钢含碳量较低，其塑、韧性较好，其开裂倾向不是十分严重，所以加入少量的镍就可以保证焊后不开裂，还可以降低成本；添加稀土氧化物可以脱氧、脱硫，净化堆焊熔池，而且细化结晶晶粒，变质夹杂物，也可以提高堆焊金属的抗开裂性能，特别是氧化钇比其它稀土氧化物效果更好。所以，新型铸钢堆焊焊条的设计原则为：1)、加入少量的金属镍粉，以改善堆焊组织，改善残余应力分布状态；2)、加入适量稀土氧化物，以细化焊后结晶组织，变质夹杂物，从而提高堆焊金属的抗开裂性能；3)、加入适量的钛铁、锰铁和硅铁，进行脱氧，并起到合金化作用；4)、加入金红石、大理石、莹石、白土子等起到造渣、脱气作用。通过成分调整和优化，使堆焊金属的硬度在HRC160-260左右，保证了堆焊后的大型铸钢齿轮具有一定的可加工性。

[0012] 与本课题组研制的堆焊热轧辊、热剪刃和冷剪刃焊条(已申报专利)相比较，铸钢齿轮硬度较低，所以焊条药皮中不用加入石墨(碳)、高碳铬铁(铬)、钨铁(钨)、钼铁(钼)等，而铸钢堆焊后具有一定的开裂倾向，所以，本发明中加入了少量的镍(1-3wt％)，就可以保证焊后不开裂。与本课题组研制的堆焊大型齿轮焊条(已申报专利)相比较，大型齿轮硬度略高(HRC21-30)，所以在其焊条药皮中加入少量的高碳铬铁(铬)，而铸钢堆焊后要求其力学性能指标不是很高，硬度也较低，所以在堆焊铸钢的焊条药皮中加入的金属镍(1-3wt％)比堆焊大型齿轮焊条的金属镍(3-5wt％)也少，而镍的价格昂贵，这样在保证不开裂的条件下，降低了成本；同时，加入变质效果更好的氧化钇，而不是铈混合氧化物。至于加入适量的钛铁、锰铁、硅铁、金红石、大理石、莹石、白土子等作用在本课题组研制的系列堆焊焊条配方中相同，所以这些原料的加入量在各种堆焊焊条中相近。

具体实施方式

[0013] 下面公开是本发明的一个实例，要求：大理石47.2，白土子4.5，萤石24.7，石英1.7，金红石2.8，钛铁8.8，高碳锰铁3.3，硅铁1.6，氧化钇3.3，金属镍2.1。焊芯采用H08A钢焊丝。采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7-3.0，浓度(波美度)为48-50。对于硅铁和高碳锰铁使用前需要进行钝化处理，钝化工艺硅铁粉末为730℃，高碳锰铁粉末为320℃，以上金属粉末均保温1小时。将上述配方中的相关粉末采用混料机进行混合，然后加入水玻璃搅拌均匀，用焊条涂敷机挤压出焊条，在250-300℃对焊条进行烘干，然后进行磨头磨尾。