一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法技术

一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法，采用包括经过粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结和粉粒筛分等步骤而制备粒度10～15目的复合粉粒以及充当电弧载体的H08A实心焊丝作为堆焊材料，优化配置复合粉粒组分，控制堆焊电流值440～460A，分层调控焊速，进行埋弧堆焊而使复合粉粒熔体与实心焊丝熔滴完全熔合为一体化堆焊熔池，从而获得以碳化钛相为主要耐磨相的铁基堆焊合金。该复合粉粒可应用于800℃以下磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨合金层，如单辊破碎机的齿头。头。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法


[0001]本专利技术属于耐磨堆焊
，具体涉及一种碳化钛(TiC)相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法。

技术介绍

[0002]碳化钛(TiC)作为一种显微硬度高达3200HV和熔点高达3140℃的硬质相，在硬质合金、高温合金等材料经常用作增强相。该碳化物在800℃下与空气基本不发生反应，在金属中导电性和导热性较好。TiC作为铁基合金的增强相，与基体等相组织热膨胀和热收缩的同步性较好，且热稳定性高。因而，TiC常被用作增强相，也用来调节高铬合金的碳化物形态，改善其韧性及耐磨性，但很少用作主耐磨相，主要难题在于：Ti属于一种化学属性活泼的合金元素，满足安全性、经济性且大量加入的工艺难题未能解决。
[0003]工业用TiC粉体多用碳黑还原TiO2来制备，反应温度1700-2100℃，反应如方程式所示：TiO2+2C
→
TiC+CO2。由该反应所制备的TiC粉末较为经济。但是，上述两相TiO2与C在封闭体系发生反应，对于堆焊熔池这种多组分开放体系环境，上述反应不能发生。到目前为止，尚未看到采用(TiO2粉末+石墨或碳黑)还原法制备TiC相增强铁基堆焊合金的相关成功实例。
[0004]作为一种性能可靠且经济的耐磨合金，铁基堆焊合金所含TiC增强相主要通过原位析出或者外加TiC颗粒等形式产生。原位析出TiC相需要在焊条药皮或者药芯焊丝中加入钛铁、石墨等含钛和含碳组分，然后Ti原子和C原子优先结合而先期析出TiC相，优点是TiC相与基体等相组织结合良好。但是，原位析出的TiC相颗粒过于细小，通常只能起到细化晶粒、提高合金强度及硬度的作用，在改善耐磨粒磨损性能等方面的作用并不明显。为此，不少科学工作者探索提高堆焊合金所含TiC相体积分数的工艺措施。外加TiC量小时，其与原位析出TiC相作用类似，但与基体等相组织结合不理想。外加大量TiC颗粒的研究工作一直进展不大，主要症结在于：TiC量大的堆焊熔体成型不良。由于TiC相增多，堆焊熔体的流动性变差，易产生未熔合、气孔和夹渣等缺陷，严重影响堆焊合金的质量。埋弧焊时，熔渣与堆焊合金牢固板结，脱渣极为困难，这主要是合金所固溶的钛原子与表面氧化物等晶格牢固结合在一起而难以脱渣。不仅如此，加入钛铁量或者TiC相过高，所释放出的单质Ti原子数量愈多，冶金反应烈度愈高，飞溅大，钛组元氧化损耗大，可过渡到合金的钛量偏少。鉴于上述情况，在药芯焊丝、药皮焊条等商用焊接材料中，TiC相析出量较为有限，这是目前有关TiC相增强铁基堆焊合金的现状。
[0005]然而，TiC相在中高温磨粒工况所表现出的良好属性，开发以TiC相为主要耐磨相的复合粉粒等铁基焊接材料仍然非常迫切，这使温度800℃下的耐磨粒磨损工况的零件有了经济和可靠的堆焊材料选择，如用来破碎炙热矿渣的单辊破碎机齿头等工件。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于针对现有焊接材料存在的上述欠缺，提供一种碳化钛/TiC
相增强铁基堆焊合金的复合粉粒。
[0007]本专利技术的上述目的通过下述技术方案实现：
[0008]该种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分的制备工艺步骤而制成粒度10目～15目的复合粉粒；
[0009]所述复合粉粒所含粉末组分的重量百分含量分别为：40～50％的碳化钛含量95％以上的碳化钛粉(TiC)；12～16％的含铬量68～72％、含碳量8％的高碳铬铁(FeCr70C8.0)；10～15％的含钛量70％的钛铁(FeTi70-A)；5～7％的含钼量50％的钼铁(FeMo50-A)；4～6％的含锰量78～85％、含碳量1.5％的中碳锰铁(FeMn80C1.5)；3～5％的含铝量不低于99％的铝粉(Al)；2～4％的碳酸钙含量99％以上的大理石粉(CaCO3)；1～3％的氟化钙含量98.5％以上的萤石粉(CaF2)；1～2％的二氧化锆含量99％以上的二氧化锆粉(ZrO2)；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉(Fe)。
[0010]进一步，复合粉粒所含碳化钛粉、高碳铬铁、钛铁、钼铁、中碳锰铁、还原铁粉的粉末组分过60目筛，所含铝粉、大理石粉、萤石粉、二氧化锆粉的粉末组分过300目筛后称量。
[0011]进一步，向混合粉末所添加的水玻璃为硅酸钠型，波美度30～40，模数3.0～3.3。
[0012]进一步，硅酸钠型水玻璃以10～15ml水玻璃/100g混合粉末的方式添加入混合粉末进行湿混。
[0013]进一步，复合粉粒在300～400℃低温烧结并保温2～4小时后出炉。
[0014]本专利技术目的之二提供上述碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒的应用方法，即：焊前将复合粉粒预置于焊道，以直径Φ2.5mm的H08A实心焊丝作为电弧载体，采用直流电源反接法进行埋弧堆焊，使该复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池，凝固形成包含以块状或颗粒状碳化钛/TiC相为主耐磨相的组织结构的铁基堆焊合金；所述铁基堆焊合金的填粉率(填粉率＝复合粉粒重量/(复合粉粒重量+实心焊丝熔化重量))为0.30～0.40。
[0015]进一步，堆焊电流控制值为440～460A，第一层焊缝小车行走速度11～12m/h，第二层焊缝小车行走速度12～13m/h,第三层及第三层焊缝以上小车行走速度为13～14m/h。
[0016]进一步，埋弧堆焊所用焊剂为SJ260。
[0017]本专利技术的一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法，所制备耐磨合金的主耐磨相为碳化钛(TiC)相，基体为由铁素体、马氏体和奥氏体组成的混合体。本专利技术复合粉粒可应用于800℃以下磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨合金层，如单辊破碎机的齿头。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下创新点和有益效果：
[0019](1)主耐磨相以碳化钛(TiC)相为主：本专利技术复合粉粒所制备的铁基堆焊合金以TiC相为主要耐磨相，该相与铁素体、马氏体和奥氏体等基体具有良好的相容性，所制备的堆焊合金无树枝状或网状等沿晶碳化物以及层片状或鱼骨状共晶等脆性组织，具有良好的强韧性，无预热堆焊三层以上未见到裂纹。
[0020](2)碳化钛数量高且尺寸大：与传统含TiC相耐磨合金不同的是，本专利技术复合粉粒加入40～50％的TiC粉，加入量远高于传统药芯焊丝药芯或者焊条药皮的TiC粉添加量，与H08A实心焊丝埋弧堆焊的铁基合金中析出了大量的TiC颗粒，体积分数可达10％～15％以
上，尺寸3～8μm，比传统的体积分数5％以下且尺寸小于0.2～2μm的TiC相要高出许多。
[0021](3)脱渣性能较好：本专利技术高钛型复合粉粒与实心焊丝采用埋弧堆焊工艺制备耐磨合金，脱渣性能较好。传统埋弧堆焊材料如药芯焊丝，只要药芯加入质量百分数3％以上的TiC粉，脱渣性即严重恶化，10％TiC以上严重板结，无法脱渣。本专利技术在复合粉粒中添加少量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒，其特征在于：采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分的制备工艺步骤而制成粒度10目～15目的复合粉粒；所述复合粉粒所含粉末组分的重量百分含量分别为：40～50％的碳化钛含量95％以上的碳化钛粉；12～16％的含铬量68～72％、含碳量8％的高碳铬铁；10～15％的含钛量70％的钛铁；5～7％的含钼量50％的钼铁；4～6％的含锰量78～85％、含碳量1.5％的中碳锰铁；3～5％的含铝量不低于99％的铝粉；2～4％的碳酸钙含量99％以上的大理石粉；1～3％的氟化钙含量98.5％以上的萤石粉；1～2％的二氧化锆含量99％以上的二氧化锆粉；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉。2.根据权利要求1所述的一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒，其特征在于：复合粉粒所含碳化钛粉、高碳铬铁、钛铁、钼铁、中碳锰铁、还原铁粉的粉末组分过60目筛，所含铝粉、大理石粉、萤石粉、二氧化锆粉的粉末组分过300目筛后称量。3.根据权利要求1所述的一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒，，其特征在于：向混合粉末所添加的水玻璃为硅酸钠型，波美度30～40，模数3.0～3.3。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚建勋，艾孝文，黄洪江，刘超，刘书同，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：