稀土型高铬铸铁明弧自保护药芯焊丝制造技术

本发明专利技术属于材料科学与工程领域，本发明专利技术涉及一种用于高铬铸铁大型耐磨件修复与再制造堆焊用药芯焊丝，其化学成分为（ｗｔ％）：高碳铬铁７０－７５，高碳锰铁２－４，硅铁１－２，钒铁１－３，钼铁１－３，稀土氧化物６－９，石墨１０－１５，硼铁１－２，铝／镁粉１－２，外皮采用低碳钢带，采用自制的药芯焊丝生产设备，药粉填充率为４５％，经拉丝机两次拉拔成外径为Φ４的药芯焊丝。采用明弧焊方法，在高铬铸铁基体上堆焊上述药芯焊丝制造成特种耐磨件；或对报废的耐磨件进行堆焊修复，恢复其形状、尺寸，并获得更高的使用寿命。堆焊金属具有较高的硬度（ＨＲＣ６２－６６），在高应力磨料磨损和低冲击载荷作用下的碰撞磨损工况条件下，堆焊金属具有较高的耐磨性和抗剥落性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料科学与工程领域，特别是涉及一种用于高铬铸铁大型耐磨件修复 与再制造堆焊用药芯焊丝。
技术介绍
高铬铸铁价格低廉，组织内部含有许多高硬度的碳化物，具有良好的耐磨性，广泛 的应用在冶金、矿山、机械、水泥等行业。一般在冶金等设备上主要研究的是Crl5系列，含 碳量在2. 0%左右。高铬铸铁大多都采用铸造的方式获得，由于铸造工艺的限制，组织大多 为亚共晶或共晶组织，含碳量也相应较低，这样就不能使其优异的性能充分发挥。而当碳含 量及铬含量继续升高，即采用过共晶组织时，将会产生许多高耐磨孤立的初生碳化物，使其 抵抗低应力耐磨性大大提高。但是当碳含量高、采用过共晶组织时，在铸造过程就会产生许 多疏松、缩孔等缺陷，同时会在铸造过程产生很大的铸造应力，甚至产生热裂纹，从而容易 导致铸件变形或开裂。高铬铸铁耐磨件一般在高应力磨料磨损和低冲击载荷作用下的碰撞磨损工况条 件下使用，经使用一定的时间后，由于表面过渡磨损而报废。报废的工件一方面作为废钢的 原材料，通过再循环，可以重新进入大型耐磨件的制造过程，重新浪费能源和污染环境；另 一方面大型耐磨件由于其硬度较高，很难破碎，而闲置于环境，也造成对环境的污染。采用先进堆焊技术，可以修复大型耐磨件，恢复其形状和尺寸，并且提高了其使用 寿命；或采用具有一定强度，且与堆焊金属具有较强结合性能的基体，在其上进行堆焊再制 造，使其具有与原大型耐磨件的形状和尺寸，而寿命高于原大型特种耐磨件，从而减少了其 制造过程对能源的浪费和环境的污染。更重要的是采用堆焊的方法，可以方便的调节焊接材料的成分，从而得到高耐磨 的过共晶高铬铸铁堆焊合金，从而使高铬铸铁堆焊金属具有更高的耐磨性能。栗卓新等人专利技术了“高抗裂耐磨高铬铸铁型堆焊药芯焊丝”，其硬度范围在 HRD56-60;张清辉等人专利技术了“高铬铸铁自保护药芯焊丝及其使用方法”，其硬度范围 在HRD40-50 ；本课题组专利技术了“用于复合双金属大型特种耐磨件再制造用的堆焊药芯焊 丝”(专利号ZL200610102283.6)，其硬度范围在HRD60-67。通过我们对比国内外高铬铸 铁药芯焊丝的组织、性能发现，如果堆焊金属组织为亚共晶高铬铸铁，虽然堆焊金属具有一 定的塑、韧性，甚至保证堆焊后不开裂，但是堆焊金属的耐磨性较低；如果堆焊金属组织为 过共晶高铬铸铁，堆焊金属具有较高的耐磨性；对于在高应力磨料磨损和低冲击载荷作用 下的碰撞磨损工况条件下使用的高铬铸铁零部件，堆焊表面裂纹只要呈细密网状均勻分布 的，而不是局部出现较大的横向或纵向裂纹，就能保证高铬铸铁零部件正常使用，且具有较 高的耐磨性。我们的研究工作还表明，随着堆焊金属中含碳量的增加，过共晶高铬铸铁堆焊组 织中的初生碳化物也越粗大，粗大的初生碳化物与基体之间结合不好，很容易从基体上剥 落，虽然堆焊金属具有较高的硬度，但是，由于大块状初生碳化物的剥落，使共晶高铬铸铁堆焊组织的耐磨性大大的降低了。我们采用错配度理论进行计算并进行实验验证发现，在 高铬铸铁堆焊药芯焊丝中添加稀土氧化物，不仅能净化堆焊熔池，变质夹杂物，细化堆焊组 织，而且，更重要的是稀土氧化物还可以成为初生碳化物的非自发形核核心，细化初生碳化 物，使初生碳化物在基体上呈细小、球状分布，增强了其与基体之间的结合力，防止了初生 碳化物在使用过程中产生大块剥落的现象，因此，使高铬铸铁堆焊金属不仅具有较高的硬 度、耐磨性，而且具有较高的抗剥落性能，大大地提高其使用寿命。
技术实现思路
为了能够实现对大型高铬铸铁耐磨件进行绿色再制造或修复，专利技术了一种用于大 型高铬铸铁耐磨件堆焊修复与再制造用药芯焊丝。该药芯焊丝的特点是对在高应力磨料 磨损和冲击载荷作用不大的碰撞磨损工况条件下使用的大型高铬铸铁耐磨件，在焊前不预 热、焊后不进行热处理的情况下可以进行堆焊，现场使用非常方便，硬度范围为HRC62-66， 堆焊金属表面呈现网状细密的裂纹。采用这种堆焊药芯焊丝堆焊大型高铬铸铁耐磨件，其 使用寿命是采用整体制造工件的2-3倍。这种用于绿色再制造双金属大型特种耐磨件堆焊用药芯焊丝，高碳铬铁70-75，高 碳锰铁2-4，硅铁1-2，钒铁1-3，钼铁1-3，稀土氧化物6-9，石墨10-15，硼铁1_2，铝/镁粉 1-2，外皮采用低碳钢带，采用自制的药芯焊丝生产设备，药粉填充率为45%，经拉丝机两次 拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝。这种堆焊用药芯焊丝的设计原则是根据大型高铬铸铁耐磨件的使用工况，不仅要 求堆焊再制造修复后的大型耐磨件在其工作时要具有较高的硬度、耐磨性，而且还要求堆 焊后堆焊金属具有较高的抗剥落性能，同时还要求堆焊金属具有一定的抗开裂性能。从提 高堆焊金属的硬度、耐磨性角度考虑，堆焊金属要具有较高的含碳、铬量，形成具有较高硬 度的M7C3型碳化物，并有适量的锰、硅等合金元素；从提高堆焊金属的抗开裂性能角度考 虑，添加钼、铌、钒可以细化晶粒，提高堆焊金属的塑、韧性，堆焊表面裂纹应是呈细密网状 均勻分布的，而不能出现局部较大的横向或纵向裂纹，更不允许堆焊后工件整体开裂；从提 高堆焊金属的抗剥落性能角度考虑，添加稀土氧化物在脱氧、脱硫，变质夹杂物，净化堆焊 熔池的基础上，稀土氧化物可以作为初生碳化物非自发形核核心，细化初生碳化物，使初生 碳化物在基体上呈细小、球状发布，增强了其与基体之间的结合力，防止初生碳化物在使用 过程中产生大块剥落的现象。所以，稀土型堆焊药芯焊丝的设计原则为1)、控制较高的含 碳量和含铬量，并加入适量的锰、硅等合金元素，保证生成大量的M7C3型碳化物，保证堆焊 金属具有较高的硬度和耐磨性；2)、添加钼、铌、钒可以细化晶粒，提高堆焊金属的塑、韧性， 从而提高堆焊金属的抗开裂性能；幻、添加较多的稀土氧化物，变质夹杂物，净化堆焊溶池， 细化初生碳化物，从而提高堆焊金属的抗剥落性能。通过成分调整和优化，使堆焊金属的硬 度在HRC62-66左右。具体实施例方式实施例高碳铬铁72，高碳锰铁4，硅铁1，钒铁1，钼铁2，稀土氧化物7，石墨11， 硼铁1，铝/镁粉1。外皮采用低碳钢钢带。对于硅铁、高碳铬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°c，高碳铬铁粉末为560°C，高碳锰铁粉末为320°C，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，采用自制的 药芯焊丝生产设备，药粉填充率为45%，经拉丝机两次拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝。经与 国产高铬铸铁药芯焊丝和韩国进口药芯焊丝相比较，采用上述配方和制造工艺研制的高铬 铸铁药芯焊丝堆焊金属具有更高的耐磨性和抗剥落性能。选取高铬铸铁作为基体，采用上述制造的堆焊药芯焊丝在其上进行堆焊再制造大 型磨煤辊，或者选取报废的磨煤辊，清理表面后，采用上述堆焊药芯焊丝在其上进行堆焊到 规定的尺寸。经焊前不预热、焊后不热处理，通过堆焊再制造的大型磨煤辊其堆焊金属表面 的硬度为HRC63-65，可以代替经整体铸造生产的大型磨煤辊，不仅减少了制造工序，节省了 原料和能源，同时也提高了使用寿命。与本课题组专利技术的“用于复合双金属大型特种耐磨件再制造用的堆焊药芯焊 丝”(专利号ZL200610102^3. 6)相比，本专利技术的“稀土型高铬铸铁明弧自保护药芯焊丝” 化学成分中添本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高铬铸铁大型耐磨件修复与再制造堆焊用药芯焊丝，其化学成分为（ｗｔ％）：高碳铬铁７０－７５，高碳锰铁２－４，硅铁１－２，钒铁１－３，钼铁１－３，稀土氧化物６－９，石墨１０－１５，硼铁１－２，铝／镁粉１－２，外皮采用低碳钢带。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆祥，杨育林，李达，齐效文，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：13[]