一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法技术

本发明专利技术采用一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法，采用包括由各种粉末组分经各层粉末分别混合、内层粘结、中间层粘结、外层粘结、烧结、过筛等步骤形成特定颗粒度的多层复合粉粒以及充当电弧载体的H08A实心焊丝作为堆焊材料，进行自保护明弧焊，使复合粉粒熔体和H08A实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池，形成初生M7C3相为主耐磨相的高铬合金组织。该方法不仅制备工艺简单和熔敷效率高，而且所制备的高铬合金具有良好的耐磨性，完全满足实用要求，可用于磨粒磨损工况下零部件自保护明弧堆焊耐磨层。

A Method of Multi-layer Composite Powder and Self-shielded Open Arc Surfacing for High Chromium Alloy

The invention adopts a method of multi-layer composite powder and self-shielded open-arc surfacing of high chromium alloy. The self-shielded open-arc is realized by using multi-layer composite powder and H08A solid wire as surfacing material, which includes mixing of various powder components through different layers of powder, inner bonding, middle bonding, outer bonding, sintering, sieving and so on. The composite powder melt and H08A solid wire droplet are fused into a melting pool to form a high chromium alloy structure with primary M7C3 phase as the main wear-resistant phase. This method not only has simple preparation process and high depositing efficiency, but also has good wear resistance, which fully meets the practical requirements. It can be used for self-shielded open-arc surfacing of parts under abrasive wear conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法
本专利技术属于耐磨堆焊
，具体涉及一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法。
技术介绍
合金的耐磨粒磨损性能与其所含碳化物尺寸、形态、分布、数量甚至位向等因素相关，其中初生碳化物颗粒因尺度大，作为主耐磨相，可有效抵抗磨粒磨损，对合金耐磨性起主要作用。耐磨合金中应用较多的有高铬与高硼合金。高铬合金因其含较多数量的M7C3相(1300～1800HV)和M23C6相(1140HV)而广泛应用于机械零部件的耐磨件制造，如水泥磨辊、衬板和混凝土输送管等；高硼合金因硼在奥氏体、铁素体等基体中的溶解度低而易形成较多硼化物耐磨相，具有经济性好的优点，近年来得到较多研究和应用。目前，耐磨合金的制备除了铸造成型外，应用较多有堆焊成型。堆焊生产通常采用药皮焊条、实心焊丝、药芯焊丝等焊接材料来进行埋弧或者自保护明弧堆焊耐磨合金层。药皮焊条因熔敷效率偏低，所占比例逐渐下降。实心焊丝因其中可容纳的合金元素量极为有限，并受限于拉拔减径等工艺要求，仅能制备少数几种低合金含量的耐磨钢。药芯焊丝由低碳塑性钢带包裹粉末组分，经闭合为搭接“O型”截面结构，再经轧制减径成型，通过改变粉末组分组成配比而制备系列成分各异的堆焊合金，但其主要缺点在于轧制成型设备较贵，养护较为繁琐。此外，上述焊接材料在要求改变堆焊合金成分和性能时，反馈调整和研究时间过长，与现行堆焊合金成分多样化和快速供货要求逐渐不相适应，期待开发新型堆焊材料。不仅如此，由于环保要求日趋苛刻，致使铁合金等组分价格上涨过快。提高堆焊合金组分的利用率，减少其氧化烧损率，从而降低原料成本，成为急需解决的一项难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有堆焊材料及方法存在的上述缺陷，提供一种制备工艺简单且供货迅速的高铬合金堆焊材料及堆焊方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法，包括如下顺序备步骤：(1)多层复合粉粒的内层、中间层和外层粉末组分组成混合：将金属、合金或者其他粉末组分过筛，按照多层复合粉粒的粉末组分组成配比称量，并根据多层复合粉粒的内层、中间层和外层的粉末组分组成要求，再将所属各层的组成粉末分别倒入三个单独容器内，充分搅拌使之均匀混合，形成复合粉粒的各层相应混合粉末；所述多层复合粉粒的粉末组分组成配比为：重量百分含量为50～60％的含铬量为68～72％、含碳量为8％的高碳铬铁/FeCr70C8.0；重量百分含量为1～14％的含钒量为50％的钒铁/FeV50-A；重量百分含量为10～15％的含碳量不低于98％的鳞片石墨/C；重量百分含量为5～12％的含硼为18％的硼铁/FeB18C0.5；重量百分含量为2～4％的含硅量40～47％的硅铁/FeSi45；重量百分含量为0.5～2.0％的含铝量不低于99％的超细化铝粉/Al；重量百分含量为1～3％的含碳量不低于98％的超细化石墨/C；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉/Fe；其中高碳铬铁、钒铁为复合粉粒的内层粉末组分组成；鳞片石墨为复合粉粒的中间层粉末组分组成；硼铁、硅铁、超细化石墨、超细化铝粉、还原铁粉为复合粉粒的外层粉末组分组成；(2)多层复合粉粒的内层制备：向盛有步骤(1)所得的高碳铬铁、钒铁的复合粉粒的内层粉末容器内添加液类粘附剂，添加期间不停搅拌，并使内层粉末转动，形成湿复合粉粒，静置1～2小时以定型，用热风蒸干湿复合粉粒表层水分；接着，将该复合粉粒过20目筛，去除大于20目的粉粒，再将之过30目筛，去除小于30目的粉粒，最终得到20～30目的复合粉粒；(3)多层复合粉粒的中间层制备：将步骤(2)所得的复合粉粒摊开，使其堆积高度小于5mm，并向该复合粉粒表面喷撒液类粘结剂，并轻轻翻动复合粉粒，使其表面均匀粘附一层液类粘结剂；接着，将盛有步骤(1)所得的中间层容器内的鳞片石墨组分均匀撒在湿粉粒表面，期间轻轻翻动，使复合粉粒表面均匀粘附一层鳞片石墨；然后，在室温静置1～2小时，并将盛有双层复合粉粒的容器放入烘干炉中，升温至100～200℃，保温2小时出炉冷却至室温；(4)多层复合粉粒的外层制备：将步骤(3)所得的双层复合粉粒摊开，使其堆积高度小于10mm，向其表面喷撒液类粘结剂，轻轻翻动双层复合粉粒，使之表面粘附一层液类粘结剂；接着，根据步骤(1)所得的复合粉粒的外层组分容器内的粉末组分均匀撒在该双层复合粉粒表面，再轻轻翻动粉粒，使之表面粘附一层复合粉粒外层组分粉末；然后，静置1～2小时以定型，完成多层复合粉粒的制备工序；(5)多层复合粉粒烧结：将盛有步骤(4)所得的多层复合粉粒的容器放入烧结炉中，升温至烧结温度250～400℃，保温2～4小时，随炉冷却至室温后出炉；(6)多层复合粉粒过筛分类：出炉后的粉粒先过5目筛，去除大于5目的大颗粒，再将之过20目筛，去除小于20目的小颗粒，获得粒度为5～20目的复合粉粒；(7)以多层复合粉粒和H08A实心焊丝作为堆焊材料自保护明弧堆焊高铬合金：设置自动焊机堆焊工艺参数，并使每次堆焊参数不变；在低碳钢基体上，预置步骤(6)所得的多层复合粉粒，调整预置粉粒层高度和宽度，使单位长度焊道上多层复合粉粒预置重量与该焊道上实心焊丝熔化重量的比值满足设定要求；按上述要求以该多层复合粉粒和H08A实心焊丝作为堆焊材料进行自保护明弧堆焊，使多层复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池；该熔池冷却凝固形成第一层焊缝，空冷；再以同样的方式分别堆焊第二层和第三层。具体的，步骤(1)中，所述高碳铬铁、钒铁、硅铁、硼铁、鳞片石墨、还原铁粉的粉末组分过60目筛，所述超细化铝粉和超细化石墨过300目筛。具体的，步骤(2)中，所述液态粘结剂为波美度为20～40、模数为3.0～3.3的硅酸钠型水玻璃；所述液态粘结剂的掺杂量与混合粉末重量的比值为10～20ml硅酸钠型水玻璃/100g混合粉末。具体的，步骤(3)中，所述液态粘结剂为波美度为20～40、模数为3.0～3.3的硅酸钠型水玻璃；所述液态粘结剂的掺杂量与步骤(2)所得复合粉粒所含干混合粉末重量的比值为10～20ml硅酸钠型水玻璃/100g混合粉末。具体的，步骤(4)中，所述液态粘结剂为波美度为20～40、模数为3.0～3.3的硅酸钠型水玻璃；所述液态粘结剂的掺杂量与步骤(3)所得复合粉粒所含干混合粉末重量的比值为10～20ml硅酸钠型水玻璃/100g混合粉末。具体的，步骤(7)中，所述堆焊工艺参数为：极性为直流反接，电流为380～450A，小车行走速度为10～15m/h，电压值26～35V。具体的，步骤(7)中，所述单位长度焊道上多层复合粉粒预置重量与该焊道上实心焊丝熔化重量的比值为0.70～1.00。具体的，步骤(7)中，所述H08A实心焊丝直径为Φ2.5mm～Φ3.0mm。本专利技术一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法，采用包括由各种粉末组分经各层粉末混合、内层粘结、中间层粘结、外层粘结、烧结、过筛等步骤形成特定颗粒度的多层复合粉粒以及充当电弧载体的H08A实心焊丝作为堆焊材料，进行自保护明弧焊，使复合粉粒熔体和H08A实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池，形成初生三碳化七金属元素/M7C3相为主耐磨相的高铬合金组织，其中M包括Fe、Cr、V等元素。与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法，其特征在于包括如下顺序步骤：（1）多层复合粉粒的内层、中间层和外层粉末组分组成混合：将金属、合金或者其他粉末组分过筛，按照多层复合粉粒的粉末组分组成配比称量，并根据多层复合粉粒的内层、中间层和外层的粉末组分组成要求，再将所属各层的组成粉末分别倒入三个单独容器内，充分搅拌使之均匀混合，形成复合粉粒的各层相应混合粉末；所述多层复合粉粒的粉末组分组成配比为：重量百分含量为50～60%的含铬量为68～72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0；重量百分含量为1～14%的含钒量为50%的钒铁/FeV50‑A；重量百分含量为10～15%的含碳量不低于98%的鳞片石墨/C；重量百分含量为5～12%的含硼为18%的硼铁/FeB18C0.5；重量百分含量为2～4%的含硅量40～47%的硅铁/FeSi45 ；重量百分含量为0.5～2.0%的含铝量不低于99%的超细化铝粉/Al；重量百分含量为1～3%的含碳量不低于98%的超细化石墨/C；余量为含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe；其中高碳铬铁、钒铁为复合粉粒的内层粉末组分组成；鳞片石墨为复合粉粒的中间层粉末组分组成；硼铁、硅铁、超细化石墨、超细化铝粉、还原铁粉为复合粉粒的外层粉末组分组成；（2）多层复合粉粒的内层制备：向盛有步骤（1）所得的高碳铬铁、钒铁的复合粉粒的内层粉末容器内添加液类粘附剂，添加期间不停搅拌，并使内层粉末转动，形成湿复合粉粒，静置1～2小时以定型，用热风蒸干湿复合粉粒表层水分；接着，将该复合粉粒过20目筛，去除大于20目的粉粒，再将之过30目筛，去除小于30目的粉粒，最终得到20～30目的复合粉粒；（3）多层复合粉粒的中间层制备：将步骤（2）所得的复合粉粒摊开，使其堆积高度小于5mm，并向该复合粉粒表面喷撒液类粘结剂，并轻轻翻动复合粉粒，使其表面均匀粘附一层液类粘结剂；接着，将盛有步骤（1）所得的中间层容器内的鳞片石墨组分均匀撒在湿粉粒表面，期间轻轻翻动，使复合粉粒表面均匀粘附一层鳞片石墨；然后，在室温静置1～2小时，并将盛有双层复合粉粒的容器放入烘干炉中，升温至100～200℃，保温2小时出炉冷却至室温；（4）多层复合粉粒的外层制备：将步骤（3）所得的双层复合粉粒摊开，使其堆积高度小于10mm，向其表面喷撒液类粘结剂，轻轻翻动双层复合粉粒，使之表面粘附一层液类粘结剂；接着，根据步骤（1）所得的复合粉粒的外层组分容器内的粉末组分均匀撒在该双层复合粉粒表面，再轻轻翻动粉粒，使之表面粘附一层复合粉粒外层组分粉末；然后，静置1~2小时以定型，完成多层复合粉粒的制备工序；（5）多层复合粉粒烧结：将盛有步骤（4）所得的多层复合粉粒的容器放入烧结炉中，升温至烧结温度250～400℃，保温2～4小时，随炉冷却至室温后出炉；（6）多层复合粉粒过筛分类：出炉后的粉粒先过5目筛，去除大于5目的大颗粒，再将之过20目筛，去除小于20目的小颗粒，获得粒度为5～20目的复合粉粒；（7）以多层复合粉粒和H08A实心焊丝作为堆焊材料自保护明弧堆焊高铬合金：设置自动焊机堆焊工艺参数，并使每次堆焊参数不变；在低碳钢基体上，预置步骤（6）所得的多层复合粉粒，调整预置粉粒层高度和宽度，使单位长度焊道上多层复合粉粒预置重量与该焊道上实心焊丝熔化重量的比值满足设定要求；按上述要求以该多层复合粉粒和H08A实心焊丝作为堆焊材料进行自保护明弧堆焊，使多层复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池；该熔池冷却凝固形成第一层焊缝，空冷；再以同样的方式分别堆焊第二层和第三层。...

【技术特征摘要】
1.一种多层复合粉粒及自保护明弧堆焊高铬合金的方法，其特征在于包括如下顺序步骤：（1）多层复合粉粒的内层、中间层和外层粉末组分组成混合：将金属、合金或者其他粉末组分过筛，按照多层复合粉粒的粉末组分组成配比称量，并根据多层复合粉粒的内层、中间层和外层的粉末组分组成要求，再将所属各层的组成粉末分别倒入三个单独容器内，充分搅拌使之均匀混合，形成复合粉粒的各层相应混合粉末；所述多层复合粉粒的粉末组分组成配比为：重量百分含量为50～60%的含铬量为68～72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0；重量百分含量为1～14%的含钒量为50%的钒铁/FeV50-A；重量百分含量为10～15%的含碳量不低于98%的鳞片石墨/C；重量百分含量为5～12%的含硼为18%的硼铁/FeB18C0.5；重量百分含量为2～4%的含硅量40～47%的硅铁/FeSi45；重量百分含量为0.5～2.0%的含铝量不低于99%的超细化铝粉/Al；重量百分含量为1～3%的含碳量不低于98%的超细化石墨/C；余量为含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe；其中高碳铬铁、钒铁为复合粉粒的内层粉末组分组成；鳞片石墨为复合粉粒的中间层粉末组分组成；硼铁、硅铁、超细化石墨、超细化铝粉、还原铁粉为复合粉粒的外层粉末组分组成；（2）多层复合粉粒的内层制备：向盛有步骤（1）所得的高碳铬铁、钒铁的复合粉粒的内层粉末容器内添加液类粘附剂，添加期间不停搅拌，并使内层粉末转动，形成湿复合粉粒，静置1～2小时以定型，用热风蒸干湿复合粉粒表层水分；接着，将该复合粉粒过20目筛，去除大于20目的粉粒，再将之过30目筛，去除小于30目的粉粒，最终得到20～30目的复合粉粒；（3）多层复合粉粒的中间层制备：将步骤（2）所得的复合粉粒摊开，使其堆积高度小于5mm，并向该复合粉粒表面喷撒液类粘结剂，并轻轻翻动复合粉粒，使其表面均匀粘附一层液类粘结剂；接着，将盛有步骤（1）所得的中间层容器内的鳞片石墨组分均匀撒在湿粉粒表面，期间轻轻翻动，使复合粉粒表面均匀粘附一层鳞片石墨；然后，在室温静置1～2小时，并将盛有双层复合粉粒的容器放入烘干炉中，升温至100～200℃，保温2小时出炉冷却至室温；（4）多层复合粉粒的外层制备：将步骤（3）所得的双层复合粉粒摊开，使其堆积高度小于10mm，向其表面喷撒液类粘结剂，轻轻翻动双层复合粉粒，使之表面粘附一层液类粘结剂；接着，根据步骤（1）所得的复合粉粒的外层组分容器内的粉末组分均匀撒在该双层复合粉粒表面，再轻轻翻动粉粒，使之表面粘附一层复合粉粒外层组分粉末；然后，静置1~2小时以定型，完成多层复合粉粒的制备工序；（5）多层复合粉粒烧结：将盛有步骤（4）所得的多层复合粉粒的容器放入烧结炉中，升...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚建勋，姚惠文，程诗尧，马蓦，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43