新型管状硬面堆焊材料制造技术

本发明专利技术提供一种新型管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其组分：钢铁２０～４０％，填充粉料６０～８０％；填充粉料的组分：球形硬质合金粒子３５～７５％，表面处理过的铸造碳化钨粒子１５～４０％，球形铸造碳化钨粒子５～２０％，ＳｉＭｎ合金粉２～６％，树脂粉０．２～０．６％，金属Ｎｂ　０．１～２％。采用了韧性好的球形硬质合金颗粒、热稳定性铸造碳化钨硬质颗粒和球形铸造碳化钨颗粒，显著提高了堆焊层的耐磨性和耐冲击性，加入少量的Ｎｂ元素改善堆焊工艺性，提高了基体金属的强度和韧性，增强了堆焊层的耐冲击能力和对硬质颗粒的固着能力，延长了堆焊层的使用寿命，该管状硬面堆焊材料广泛适用于钢齿牙轮钻头齿面、背锥、掌尖及其他工程工具工作表面的耐磨强化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型管状硬面堆焊材料，用于钢齿牙轮钻头齿面、背 锥、掌尖及其他工程工具工作表面的耐磨强化。
技术介绍
在石油钻探过程中，工作环境非常恶劣，机件磨损十分严重，由于工 况特殊，牙轮钢齿钻头齿面、背锥和掌尖需堆焊一层耐磨材料，避免钻头 过早磨损失效。碳化钨是在工业上应用的除金刚石以外硬度最高、耐磨性 最好的材料之一。牙轮钢齿钻头硬面材料堆焊的传统工艺是采用管装粒状 破碎铸造碳化钨焊条，用氧-乙炔火焰堆焊，但是单纯使用铸造碳化钨作 为硬质相，由于铸造碳化钨较脆，而且铸造碳化钨在高温熔池中会溶解， 冷却时在铸造碳化钨颗粒周围析出脆性相，在使用过程中极易受冲击而崩 碎，从而加速钻头的磨损失效。而使用碳化钨粉和钴粉制成的球形硬质合 金粒子作为硬质相，虽然提高了堆焊层的耐冲击性，但是球形硬质合金粒 子硬度较低，降低了堆焊层的耐磨性。另外，支撑硬质颗粒的基体金属必 须要有较高的强度、硬度和韧性，才能有效的支撑硬质颗粒避免脱落。如 果基体太软，很容易被磨粒削掉，造成硬质颗粒脱落；基体太硬，在应力 作用下堆焊层会发生脆裂，无法有效支撑硬质颗粒，因而降低了堆焊层的 耐磨性，最终影响钻头的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种新型管状硬面堆 焊材料，旨在有效解决基体金属的强度与韧性之间不匹配的问题，提高堆焊层的耐磨性。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现新型管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其组分具有如下的重 量百分比钢铁 20 40%， 填充粉料 60 80%;所述填充粉料的组分重量百分比 球形硬质合金粒子 表面处理过的铸造碳化钨粒子 球形铸造碳化钨粒子SiMn合金粉树脂粉 金属Nb35 75%， 15 40%， 5 20%, 2 6%， 0.2 0.6%， 0.1 2% 。进一步地，上述的新型管状硬面堆焊材料，所述球形硬质合金粒子的 粒度为14 40目，球形硬质合金粒子由WC粉与Co粉烧结而成，WC粉 粒度为1 15pm， Co粉粒度为0.8 1.2pm， Co粉含量为3 8% 。更进一步地，上述的新型管状硬面堆焊材料，所述表面处理过的铸造 碳化钨粒子的粒度为40 100目，粒子心部为铸造碳化钩，外面包裹一层 纳米级碳化鸨粒子。更进一步地，上述的新型管状硬面堆焊材料，所述球形铸造碳化鸭粒 子的粒度为80 325目。更进一步地，上述的新型管状硬面堆焊材料，所述SiMn合金粉中Si 的重量含量为14 20%， Mn的重量含量为60 72% 。再进一步地，上述的新型管状硬面堆焊材料，所述树脂粉为酚醛树脂。再进一步地，上述的新型管状硬面堆焊材料，金属Nb的加入形式为 纯金属元素或含Nb元素合金粉或含Nb元素氧化物，或上述一种或任意几种的混合物。再进一步地，上述的新型管状硬面堆焊材料，管皮为低碳钢，巻成圆管状，管皮厚度为0.2 0.4mm。本专利技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在本专利技术在堆焊焊条填充粉料中采用了韧性好的球形硬质合金颗粒、热 稳定性铸造碳化钨硬质颗粒和球形铸造碳化钩颗粒，综合利用发挥了各自 特点，球形硬质合金粒子主要组成为球形粒子，减少了外力作用下引起的 应力集中，铸造碳化钨经过表面处理减少了高温烧蚀，大大提高堆焊层的耐磨性；同时由于在填充粉料中添加了微量的Nb元素，改善了堆焊工艺 性，并且提高了基体金属的强度和韧性，从而提高了基体金属的耐磨性， 使堆焊层中硬质颗粒不易脱落，增强了堆焊层的耐冲击能力和对硬质颗粒 的固着能力。该技术方案通过同时优化硬质颗粒的组成和基体金属的强 度、韧性极大提高整个堆焊层的耐磨性和耐冲击性，延长了堆焊层的使用 寿命，堪称是具有新颖性、创造性、实用性的新技术；该管状硬面堆焊材 料广泛适用于钢齿牙轮钻头齿面、背锥、掌尖及其他工程工具工作表面的 耐磨强化，应用前景非常广阔。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明 图l:本专利技术管状硬面堆焊材料堆焊后堆焊层的金相照片图。 图中附图标记的含义a为球形硬质合金粒子，b为经表面处理过的热 稳定性铸造碳化钩，C为球形铸造碳化鸨。具体实施例方式新型管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其组分钢铁20 40%，填充粉料60 80%;填充粉料的组分球形硬质合金粒子35 75%， 表面处理过的铸造碳化钨粒子15 40%，球形铸造碳化钨粒子5 20%，SiMn合金粉2 6。/。，树脂粉0.2 0.6%，金属Nb0.1 2。/。。其中，球形 硬质合金粒子的粒度为14 40目，球形硬质合金粒子由WC粉与Co粉烧 结而成，WC粉粒度为1 15jim， Co粉粒度为0.8 1.2nm， Co粉含量为 3 8% ;表面处理过的铸造碳化钨粒子的粒度为40 100目，粒子外部为 一层10 2(Him厚由纳米级碳化钨颗粒组成的包裹层，心部为针状的铸造 碳化钨共晶组织；球形铸造碳化钨粒子的粒度为80 325目。SiMn合金粉 中Si的重量含量为14 20%， Mn的重量含量为60 72% ;树脂粉为酚 醛树脂；金属Nb的加入形式为纯金属元素或含Nb元素合金粉或含Nb元 素氧化物，或上述一种或任意几种的混合物；管皮采用低碳钢，巻成圆管 状，管皮厚度为0.2 0.4mm。在管状堆焊材料的填充粉料中，加入35 75%的14 40目的球形硬 质合金粒子，球形硬质合金粒子的硬度低于铸造碳化鸨，但韧性高于铸造 碳化钨，且其形状为球形可以减少外力作用引起的的应力集中，用氧乙炔 火焰高温堆焊后，由于球形硬质合金粒子的粘结金属为钴，与铁基体是同 族元素，有良好的互溶性，有利于增强硬质颗粒与基体金属之间的结合强 度。另外，加入15 40%的经表面处理过的40 100目铸造碳化钩粒子， 这种碳化钨粒子的特点是颗粒心部是铸造碳化钨，其外部包裹一层纳米级 的碳化钨粒子，其颗粒具有卓越的耐磨性和可焊性，在高温堆焊过程中， 外层纳米级碳化钨粒子由于具有优异的热稳定性，能够阻止高温熔体对心 部铸造碳化钨粒子的烧蚀，从而减少了铸造碳化鸨颗粒因高温烧蚀造成的 硬度降低和脆性相的析出，提高了堆焊层的耐磨性。同时，加入5 20%的80 325目球形铸造碳化钨粒子，球形铸造碳 化钨相比于传统的破碎铸造碳化钨具有较好的热稳定性，组织缺陷少，在 外力作用下不容易引起应力集中。此外，还加入2 6%的SiMn脱氧剂和 0.2 0.6%的有机树脂，改善堆焊工艺性和粉料装填均匀性；在填充粉料中200810155754.9说明书第5/7页还加入0.1 2%的Nb金属元素，改善堆焊工艺性，并且改善粘结相合金 组织，从而提高基体的抗磨损、抗磨蚀能力。管状硬面堆焊材料通常为管 状焊条，其填充粉料的理想含量是占整个管状焊条重量的67 70% 。实施例l:管状焊条填充粉料按重量百分比组成为75%球形硬质合金粒子，粒度为14 40目；15%表面处理过的铸造碳化钨颗粒，粒度为40 100目； 5%球形铸造碳化钨颗粒，粒度为80 325目；2.8%的200目SiMn粉； 0.2%的200目酚醛树脂粉;2%的200目Nb合金粉。管皮为低碳钢H08A， 管径为4mm，管皮厚度为0.4mm。填充粉料占焊条重量比为60% 。堆焊后，堆焊层的金相如图l所示。本实施例堆焊层中球形硬质合本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型管状硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其特征在于其组分具有如下的重量百分比：　钢铁　２０～４０％，　填充粉料　６０～８０％；　所述填充粉料的组分重量百分比：　球形硬质合金粒子　３５～７５％，　表面处理过的铸造碳化钨粒子　１５～４０％，　球形铸造碳化钨粒子　５～２０％，　ＳｉＭｎ合金粉　２～６％，　树脂粉　０．２～０．６％，　金属Ｎｂ　０．１～２％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐纯芳，余立新，廖江雄，
申请(专利权)人：苏州江钻新锐硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]