一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒及其应用方法技术

一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末干混、向混合粉末添加液态粘结剂湿混、湿粉体旋转粘合造粒、热风吹干、低温烧结、筛分的步骤而制成粒度10目～15目的复合粉粒，以H08A实心焊丝作为电弧载体，进行埋弧堆焊，使复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化堆焊熔池，凝固形成包含显微硬度均值高达1844HV以上的V3B2相的高钒高硼合金。所制备高硼合金的主耐磨相包含块状V3B2相、M2B相(M＝Fe，V，Cr)和VC相，体积分数高达60％以上，变态共晶的体积分数低于10％。该高钒高硼合金复合粉粒可应用于耐高温低应力磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨合金层，如破碎高温矿渣的单辊破碎机的齿头。的单辊破碎机的齿头。

【技术实现步骤摘要】
一种堆焊用高钒高硼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
，具体涉及一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒及其应用方法。

技术介绍

[0002]高硼合金用作耐磨损零件材料，主要因之兼具良好的经济性和较高的耐磨性。该合金制备方法主要有：砂型铸造、热扩渗和堆焊。砂型铸造因铸件结构大且壁厚，而高硼合金脆性偏大，实际可加入的硼及其他合金化元素量偏少，可制备的高硼合金种类较为有限。热扩硼合金需对工件加热至850～900℃并持续5小时而使硼原子扩散至内表层，工件的变形大，但渗层只有0.5mm不到，偏薄，对于服役工况恶劣的磨粒磨损工况工件来说，渗层很快被磨光而导致使用寿命偏短。
[0003]作为一种可靠的表面工程技术，堆焊工艺可用来制备高硼合金。高硼合金普遍具有良好的自熔性，即自脱氧性，其焊缝成型美观，但开裂倾向大，一般用于低应力磨粒磨损工况。堆焊工艺最为一个突出优点是可以集中数量较多的合金组元去构造一种新型的耐磨合金。由于只是工件表层需要高合金组分的耐磨合金制备，本体材料仍采用低碳钢或者低合金钢，因而工件的总材料成本较整体铸造成型偏低。此外，低碳钢等本体工件铸造工艺成熟，即使工件表面高合金层磨损后又可重新堆焊，迅速恢复其耐磨性能，这使堆焊工艺在耐磨领域得到了较为广泛的应用。
[0004]然而，作为一种工业用耐磨合金，高硼合金的熔点普遍较高铬合金偏低，致使耐高温的低应力磨粒磨损工况条件下未被考虑使用。但是，硼合金熔体以其良好的流动性，在铸造、粉末冶金及钎焊成型的高温合金中得到一定的研究及应用，这是高铬、TiC增强等耐磨合金所不具备的突出优点，主要的合金系统有Fe
‑
Cr
‑
Mo
‑
B等。一般来说，高硼合金的主要耐磨相为初生Fe2B相，形态呈四边形块状或者板条状，按照其合金化的要求可固溶入一定的合金化元素，主要为Cr，即形成复合(Fe,Cr)2B相，铬含量高时也可析出CrFeB相，但不会析出Cr2B。这是因为，耐磨堆焊材料，如药芯焊丝、药皮焊条等，目前尚无法以100％的铬和硼组分的方式，总会存在50％以上的铁组分，这是难以避免的；高硼合金一般存在30％以上的变态共晶((α
‑
Fe+Fe3(C,B))，这使之熔点偏低，导致所堆焊高硼铁基合金难以在耐高温的低应力磨粒磨损工况下持续服役，致使其成型优良的优点未能得到利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于针对目前高硼堆焊材料存在的上述缺陷，提供一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒。
[0006]本专利技术上述目的通过下述技术方案实现：一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末干混、向混合粉末添加液态粘结剂湿混、湿粉体旋转粘合造粒、湿粉粒热风吹干、低温烧结、筛分的步骤而制成粒度10目～15目的复合粉粒；
[0007]所述复合粉粒所含粉末组分的重量百分含量分别为：55～60％的含钒量50％的钒
铁(FeV50
‑
A)；18～20％的碳化硼含量99％以上的碳化硼(B4C)；8～12％的含铬量99％以上的金属铬(Cr)；2～3％的含硅量40～47％的硅铁(FeSi45
‑
A)；2～3％的含锰量为78～85％、含碳量为1.5％的中碳锰铁(FeMn80C1.5
‑
A)；1～1.5％的含铝量不低于99％的铝粉(Al)；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉(Fe)。
[0008]进一步，复合粉粒所含粉末组分中的钒铁、碳化硼、金属铬、硅铁、中碳锰铁、还原铁粉的粉末过60目筛，铝粉过300目筛后称量。
[0009]进一步，向混合粉末添加的液态粘结剂为波美度30～40和模数3.0～3.3的硅酸钠型水玻璃。
[0010]进一步，硅酸钠型水玻璃以20～25ml水玻璃/100g混合粉末的方式添加入混合粉末进行湿混。
[0011]进一步，湿粉粒热风吹干的温度为40～60℃，吹干时间为3～6分钟。
[0012]进一步，复合粉粒在280～320℃低温烧结并保温2～4小时后出炉。
[0013]本专利技术目的之二在于提供上述高钒高硼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，使复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴熔合为一体化堆焊熔池，凝固形成包含显微硬度均值高达1800HV以上的V3B2相的高钒高硼合金；所述高钒高硼合金的填粉率(填粉率＝复合粉粒重量/(复合粉粒重量+实心焊丝熔化重量))为0.40～0.45。
[0014]进一步，堆焊电流控制值为430～450A，小车行走速度15～17m/h。
[0015]进一步，埋弧焊用焊剂为熔炼焊剂HJ260。
[0016]本专利技术的一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒及其应用方法，所制备高硼合金的主耐磨相包含块状二硼化三钒/V3B2相、板条状初生硼化二金属元素/M2B相(M包括Fe、V、Cr等合金化元素)和颗粒状碳化钒/VC相。该高钒高硼合金组织为典型的过共晶结构，可应用于耐高温低应力磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨层，如破碎高温矿渣的单辊破碎机的齿头。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下创新点和有益效果：
[0018](1)主耐磨相包含V3B2相：目前的研究结果表明，V3B2相在粉末冶金制备的含硼合金组织文献有所涉及，很少出现在焊接材料所制备的耐磨合金，除晶体结构以外，对形态描述和性能研究尚未看到相关的堆焊文献。该高钒高硼合金的显微硬度测试结果显示，该合金块状相的显微硬度平均值可达1844HV0.2，远高于一般高硼合金的初生(Fe,Cr)2B相显微硬度值900～1300HV，已超过CrB2的1800HV，而其硼含量则明显低于CrB2，这对改善高硼合金的韧性非常有利。该型化合物是在堆焊条件下制备而成，而非采用真空烧结的方式制备，与之相比，堆焊制备工艺更为简单且快速，这也为制备包含V3B2相的耐磨合金提供一种新方法。
[0019](2)耐磨M2B相的合金化方式不同：耐磨M2B相的合金化元素主要有Fe、V、Cr等合金化元素，即(Fe,V,Cr)2B相，其中V的合金化元素可达6％(原子百分量)，是其中Cr合金化元素2.5％的两倍多，并非传统的Fe、Cr的合金化元素。主要利用钒与硼原子亲和力比Cr和Fe与B原子大的特点，牢固将大部分硼原子含量团聚在钒原子四周，从而在Cr合金化元素含量低的条件下仍然析出大量的块状或者板条状M2B相，显著减少其堆焊熔体析出共晶Fe3(B,C)相的数量，从而提高该高硼合金的韧性。
[0020](3)高硼合金中碳化物的存在形式不同：由于所述高钒高硼合金加入了高达20％重量分数的B4C，这使得该高硼合金脆性特别大，极易形成剥离性的裂纹，因而必须严格控制共晶Fe3(B,C)的析出数量。本专利技术的高钒高硼的复合粉粒加入了大量的强碳化物形成元素—钒，利用大量VC颗粒析出，不仅增强该高钒高硼合金的耐磨性，而且控制了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末干混、向混合粉末添加液态粘结剂湿混、湿粉体旋转粘合造粒、湿粉粒热风吹干、低温烧结、筛分的步骤而制成粒度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：55～60％的含钒量50％的钒铁；18～20％的碳化硼含量99％以上的碳化硼；8～12％的含铬量99％以上的金属铬；2～3％的含硅量40～47％的硅铁；2～3％的含锰量为78～85％、含碳量为1.5％的中碳锰铁；1～1.5％的含铝量不低于99％的铝粉；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉。2.根据权利要求1所述的一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒，其特征在于：复合粉粒所含粉末组分中的钒铁、碳化硼、金属铬、硅铁、中碳锰铁、还原铁粉的粉末过60目筛，铝粉过300目筛后称量。3.根据权利要求1所述的一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒，其特征在于：向混合粉末添加的液态粘结剂为波美度30～40和模数3.0～3.3的硅酸钠型水玻璃。4.根据权利要求1所述的一种堆焊用高钒高硼合金的复合粉粒，其特征在于：硅酸钠型水...

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