一种耐磨堆焊合金材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种耐磨堆焊合金材料，其成分及质量分数由以下组成：4.8-5.0％C,3.3-3.5％B,28-30％Cr,8.0-8.5％V,2.0-2.5％Nb,0.9-1.0％K,1.2-1.5％Ce,1.2-1.5％Bi,0.50-0.65％Ca,

权利要求

1.一种耐磨堆焊合金材料，其特征在于：其成分及质量分数由以下组成：4.81-4.97％C，3.3-3.48％B,28.65-29.90％Cr,8.04-8.47％V,2.08-2.5％Nb,0.91-0.99％K,1.24-

1.48％Ce,1.23-1.49％Bi,0.51-0.65％Ca,<1.2％Si,<0.5％Mn,<0.05％S,<0.05％P,余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的耐磨堆焊合金材料的应用，其特征在于：所述耐磨堆焊合金材料用于制备堆焊焊条、药芯焊丝、块状堆焊材料或者粉末堆焊材料。

说明书

一种耐磨堆焊合金材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种耐磨堆焊合金材料。

背景技术

[0002] 材料磨损是工程材料失效的重要特征之一，材料的磨损造成了零部件使用寿命的降低以及设备作业率的下降，因此，开发新型表面处理方法，对耐磨部件进行表面强化是提高材料耐磨性的重要途径，常有的表面处理方法有电镀、喷涂、堆焊等，其中堆焊具有操作简便，应用灵活等特点，在工业生产中获得了广泛应用。

[0003] 中国发明专利CN103785967A公开了一种钒铌复合强化耐磨堆焊用无渣自保护药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，其特征在于，所述的药芯成分质量百分数含量范围如下：55～65％的高碳铬铁、4～8％的钒铁、3～9％的铌铁、3～5％的石墨、2～3％的硼铁、8～14％脱氧剂，余量为铁粉，脱氧剂为铝镁合金、锰粉和硅铁混合物，质量比为铝镁合金∶锰粉∶硅铁＝(2～4)∶(6～8)∶(2～4)，且质量满足锰粉wt％≥硅铁wt％+铝镁合金wt％，药芯占焊丝总重量的比例为49～56％。中国发明专利CN103769765A还公开了一种含Mo、Cr元素陶瓷相的耐磨堆焊合金，其特征在于该合金的成分质量百分比为：Cr15-30％、Mo3-12％、Ni0.5-1％、C6-10％、余量为Fe及不可避免的杂质。含Mo、Cr元素陶瓷相的耐磨堆焊合金的制备工艺是：将粒度在80-160目的高碳铬铁、纯钼粉、纯镍粉、石墨和还原铁粉按质量百分比混合均匀，然后经过水玻璃混合将粉末涂敷在母材表面，采用球磨机干式球磨的方法均匀混合，球磨转速在150-300r/min，球磨时间1-2h；待粉末冷却后，涂敷在碳钢板上，然后经水玻璃均匀混合为厚度4mm的涂敷层；室温静置24-48小时后，在烘干炉内将其在
50℃-200℃烘干2小时，然后炉内冷却至室温，等离子堆焊过程中通过优化工艺参数及合金配比，在堆焊层中原位合成陶瓷相，并使其与基体具有良好的晶体学取向，良好的结合性能，进而显著提高堆焊层的综合性能，具体等离子弧堆焊工艺为：电源功率P(W)50；空载电压Uk(V)90；电弧电流I(A)150-190；电弧电压U(V)25-30；电极直径D(mm)3.2；电弧纵向移动速度V(cm/min)4-8；电弧横向摆动频率(次/分)40-50；电弧横向摆动宽度(cm)2-3；电极距工件表面距离(mm)4。

[0004] 中国发明专利CN103464929A还公开了一种辊压机挤压辊辊面制造与修复专用自保护药芯堆焊焊丝，包括钢带层和药芯层，其特征在于：所述药芯层中加入的金属药粉，各合金元素的质量百分含量为：铬铁70～80％，锰铁1～5％，硅铁1～5％，钒铁1～3％，钼铁1～3％，稀土0.5～2,石墨8～12％。所述的一种辊压机挤压辊辊面制造与修复专用自保护药芯堆焊焊丝的制作工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)将硅铁、铬铁、锰铁的合金粉进行钝化处理后，再进行配粉；(2)钢带轧制成U型；(3)将药粉填充入钢带层中；(4)包合严实；(5)拉拔成型；(6)拉拔成最终产品。中国发明专利CN103447711A还公开了一种农机具触土部件等离子堆焊用耐磨合金粉末，其特征在于所述耐磨合金粉末由下列成份按不同重量百分比组成：0.5-5.0％的C，0.10-0.75％的Pb，15.0-20.0％的Cr，0.20-1.0％的Ti，0.10-0.50％的W，0.20-1.0％的Mn，0.2-0.4％的Al，0.3-0.6％的Ni，余量为Fe。中国发明专利CN103286479A还公开了一种用于热轧支撑辊堆焊修复与再制造用稀土型药芯焊丝，其特征在于：该药芯的化学成分质量百分比wt％为：C 0.2～0.3％、Si 0.5～1.0％、Mn 1.2～1.8％、Cr 4.5～7.5％、Ni 2.8～3.5％、Mo 1.5～2.0％、V 0.3～0.6％、La2O30.6～0.9％、CeO20.6～0.9％、余量为Fe。上述药芯粉末占焊丝材料的重量百分比为25～40％，余量为带钢。

[0005] 中国发明专利CN103273170A还公开了一种陶瓷增强铁基耐磨复合涂层的堆焊方法，其特征在于陶瓷增强铁基耐磨复合涂层的堆焊方法是按以下步骤完成的：首先采用CO2气体保护焊焊接方法，在焊接电流为140A～220A和焊接电压为20V～26V条件下将焊丝与基材之间形成电弧熔化基材，即为熔池，然后将堆焊用粉体材料送入注入式堆焊喷头中，利用高温电弧加热将堆焊用粉体材料加热至熔融状态或半熔融状态，再以注入速度为1m/s～50m/s、注入角度为10°～20°和注入距离为5mm～20mm条件下注入熔池中，冷却至室温后即得到陶瓷增强铁基耐磨复合涂层；所述的堆焊用粉体材料由合金粉体和陶瓷增强相混合而成，其中所述的合金粉体与陶瓷增强相的质量比为(5～20)∶1。中国发明专利CN103240547A还公开了一种TiB2陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：冷轧碳素钢带、高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉、二硼化钛粉、石墨粉。制备方法如下：(1)精选化学物质材料：对制备使用的化学物质材料冷轧碳素钢带、金属类和非金属类药粉要进行精选，并进行质量纯度控制；(2)药粉处理：①将高碳铬铁粉100g±0.1g、中碳锰铁粉15g±0.1g、钼铁粉10g±0.1g、硅铁粉15g±0.1g分别置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度150℃±5℃，干燥时间60min；②将二硼化钛粉
12g±0.1g、石墨粉15g±0.1g，分别置于石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度350℃±5℃，干燥时间60min；(3)筛粉、配粉、混粉：①将干燥后的金属类高碳铬铁粉、中碳锰铁粉、钼铁粉、硅铁粉、铝镁合金粉分别用80目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质；②将干燥后的非金属类二硼化钛粉、石墨粉分别用100目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质；③称取过筛后的高碳铬铁粉76g±0.1g、中碳锰铁粉14.5g±0.1g、钼铁粉6.6g±0.1g、硅铁粉
12.3g±0.1g、铝镁合金粉11g±0.1g、二硼化钛粉10.9g±0.1g、石墨粉14.5g±0.1g加入混粉机内，进行搅拌混合，搅拌转速10r/min，搅拌时间为30min，搅拌混合后成混合药粉；(4)钢带轧制、药粉封装：将冷轧碳素钢带在成型轧机上轧制成U型，然后填充混合药粉，并封装，混合药粉的填充率为50％，然后将其轧制成圆管型；(5)精密拉丝、卷绕在拉丝机上：通过硬质合金拉丝模把焊丝的直径逐步拉拔减径加工，使焊丝直径尺寸为Φ2.8mm，然后卷绕成焊丝盘，即耐磨堆焊药芯焊丝；(6)检测、试验、分析：对制备的耐磨堆焊药芯焊丝盘进行检测；用Deltaweld-852型焊机进行堆焊试验；用CMM-20Z型光学显微镜进行堆焊合金组织分析；用ML-10磨料磨损试验机对堆焊层进行耐磨性能分析；结论：TiB2陶瓷强化的耐磨堆焊药芯焊丝为圆管形焊丝盘绕组成的焊丝盘，堆焊焊接层的耐磨性能得到提高，硬度达HRC68.4，提高32.1％，耐磨性提高20％。

[0006] 但是，目前国内外上述已开发的耐磨堆焊材料普遍存在堆焊层硬度低、硬度均匀性差以及堆焊层强韧性低等不足，因此堆焊层不仅耐磨性差，而且使用过程中易开裂和剥落，导致堆焊层使用安全性下降。

发明内容

[0007] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种耐磨堆焊合金材料。

[0008] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种耐磨堆焊合金材料，其成分及质量分数由以下组成：4.8-5.0％C,3.3-3.5％B,28-30％Cr,8.0-8.5％V,2.0-2.5％Nb,0.9-1.0％K,1.2-1.5％Ce,1.2-1.5％Bi,0.50-0.65％Ca,<1.2％Si,<0.5％Mn,<0.05％S,<
0.05％P,余量为Fe。

[0009] 上述的耐磨堆焊合金材料的应用方法，所述耐磨堆焊合金材料用于制备堆焊焊条、药芯焊丝、块状堆焊材料或者粉末堆焊材料。

[0010] 本发明提供的堆焊材料中含有较多的铬和碳，可以得到高硬度的Cr7C3型碳化物，用于提高堆焊材料硬度和耐磨性，此外，部分铬固溶于基体，可以提高基体硬度。本发明中加入3.3-3.5％B,8.0-8.5％V,2.0-2.5％Nb，可以生成高硬度的硼、铌复合硼碳化物(V,Nb)(B,C)，具有高硬度，有利于提高堆焊材料耐磨性。此外，加入0.9-1.0％K,1.2-1.5％Ce,1.2-1.5％Bi和0.50-0.65％Ca，可改善硬质相形态，并改善基体组织，确保堆焊材料使用安全可靠。本发明通过成份的特殊配比达到改善硬质相形态，并改善基体组织的预料不到的技术效果。

[0011] 有益效果：本发明相对于现有技术而言：具有硬度高，耐磨性好等特点，用于堆焊粉磨机磨辊，耐磨性比普通高铬铸铁堆焊材料提高130～160％。

具体实施方式

[0012] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

[0013] 将本发明材料分别制成堆焊焊条(见实施例1)、药芯焊丝(见实施例2)、块状堆焊材料(见实施例3)和粉末堆焊材料(见实施例4)，其化学组成见表1，分别用于磨煤机磨辊的堆焊，堆焊层硬度分别达到72.3HRC(见实施例1)、71.8HRC(见实施例2)、72.5HRC(见实施例3)和72.0HRC(见实施例4)，经检测，其耐磨性比普通高铬铸铁堆焊材料提高130～160％。

[0014] 表1 耐磨堆焊材料化学成分(质量分数，％)

[0015]元素 C B Cr V Nb K Ce
实施例1 4.81 3.48 29.37 8.04 2.50 0.92 1.48
实施例2 4.92 3.49 28.12 8.47 2.08 0.95 1.33
实施例3 4.86 3.39 29.90 8.32 2.33 0.91 1.45
实施例4 4.97 3.30 28.65 8.19 2.42 0.99 1.24
元素 Ca Si Mn S P Bi Fe
实施例1 0.65 1.04 0.37 0.032 0.040 1.49 余量
实施例2 0.51 0.73 0.40 0.028 0.044 1.23 余量
实施例3 0.62 0.93 0.36 0.033 0.037 1.37 余量
实施例4 0.58 0.68 0.41 0.029 0.041 1.30 余量

[0016] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。