專利名稱：一種硬面堆焊材料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種硬面堆焊材料，特別是一種耐低應力磨粒磨損和 粘著磨損雙重作用、耐腐蝕、無裂紋的堆焊用合金焊材，用于解決有 化學腐蝕和磨損雙重作用的工況下，工件成型無裂紋條件下的耐磨、 耐腐。
背景技術：
輪胎制造行業中的煉膠設備——密煉機，是所有橡膠制品的源頭 工序，原膠的第一步煉制，就是在密煉機的混煉腔室中，通過轉子的 攪拌、擠壓，把顆粒狀的原膠加工成冷凝狀的橡膠。在此過程中，與 膠料接觸的所有部件，都要經歷一個由磨粒磨損到粘著磨損的過程， 同時膠料在煉制的過程中又加有碳黑、石英砂和金屬氧化物等，不僅 進一步增加了磨損程度，而且促使了氧化腐蝕進一步的加劇，在磨損 和腐蝕的雙重作用下，工件會很快失效。為了增加工件使用壽命，以 抗腐耐磨為解決途徑，密煉機生產廠商基本都是采用了在工件表面增 加耐磨抗腐層的方法，如堆焊硬質合金，電鍍硬鉻層等，而普遍采 用的是堆焊硬質合金層的方法，該種方法操作方便易行，生產效率高。 堆焊合金的種類大致可以分為三類鈷基焊材、鎳基焊材、鐵基焊材， 前兩種焊材堆焊后有少許裂紋，硬度因為大量碳化鉤顆粒存在，硬度 能達到HRC50以上，耐磨損性能良好，因鈷和鎳本身就是抗氧化腐 蝕的金屬，耐腐性能更是十分優異，但是這兩種焊材成本很高，是鐵基焊材的5-10倍，很難大量推廣使用。目前應用的普遍還是鐵基的 高鉻鑄鐵焊材，該種材料具有優良的抗磨損性能，不過，耐腐蝕性能 因為裂紋的存在，目前的使用效果還不是太理想。對于高鉻鑄鐵來說， 它的硬度耐磨性和耐腐蝕性是一對矛盾，如果要增加其耐磨性， 一般 都要提高其硬度，而硬度的提高必然導致裂紋敏感性的上升，裂紋的 存在和擴展促使氧化腐蝕加劇，耐腐性能下降。以密煉機膠料接觸件 為例，采用牌號為PK-ZH1的高鉻鑄鐵焊材堆焊，焊材主要成分為 C: 1.60~1.80， Si: 0.80~1.20， Mn: 2.40 2.60， Ni: 2.50 3.50， Cr: 25， Mo: 1.2 1.5。堆焊過程為先在工件上堆焊一層不銹鋼過渡層， 以緩解裂紋的延伸擴展，然后把工件預熱到30(TC，堆焊兩層，堆焊 完成后，500'C 55(TC回火處理，焊后檢測，硬度在HRC50-52，表面 成型裂紋很多，且較長，達到200mm，有的長裂紋上還分叉出小裂紋， 尤其是在一些應力集中區域，有大量裂紋存在，工件在使用的過程中， 裂紋會進一步的擴展加深，當裂紋深度超過合金層達到母材后，工件 會很快失效，而此過程在密煉機正常工作情況下， 一般在3-5年的時 間內。
發明內容
本發明的目的是提供一種耐磨、耐腐、成型無裂紋的堆焊合金材 料及其應用，與高鉻鑄鐵焊材相比，不降低耐磨損性能，不增加生產 成本，并進一步增加了耐腐蝕性能。
本發明是采用如下技術方案實現其發明目的的， 一種硬面堆焊材 料，其化學成分以重量百分比計C: 0.4 0.6， Si: 0.6~1.0， Mn: 1.5~1.8， Mo: 0.8~1.2， Cr: 14~16， W: 0.6~1,0， Nb: 0.3~0.5， V:0.05~0.1，稀土 0.05 0.1， S^0.035， P^0.035，其余Fe，其纟且傷、 之和為100%。
本發明所配合的焊接工藝流程是，焊前預熱，預熱溫度為180 230 °C，焊接過程中，層間溫度為250 30(TC，回火溫度為550 65(TC。
該合金焊材適用于MIG焊接及自保護焊接。
上述成分范圍內形成的合金，是以馬氏體為基體，在其上面均勻 分布著碳化物硬質相顆粒，形成良好的耐磨損性能，同時，由于消除 了裂紋，去除了裂紋及其擴展帶來的影響，耐腐性能得到了完善和提 高，下面就其中重要影響元素所界定的范圍特性一一說明如下
C: 0.4 0.6， C可以提高熔敷金屬的硬度，提高材料的耐磨損性 能，若C含量低于0.4，則效果不能實現。如取C: 0.37， Si: 0.95， Mn: 1.5， Mo: 1.1, Cr: 14， W: 0.78, Nb: 0.36， V: 0.05，稀土 0.05，其余Fe，焊后檢測，雖然無裂紋產生，但硬度下降，HRC45。 而當碳高過0.6后，則有裂紋出現。如取C: 0.78， Si: 0.95， Mn: 1.5， Mo: 1.0， Cr: 16， W: 0.73， Nb: 0.35， V: 0.05，稀土 0.05， 其余Fe，焊后檢測，雖然硬度達HRC 55-58，但有裂紋產生。因此控 制碳在0.4-0.6的范圍內。
Cr: 14~16， Cr不足14以上時，則熔敷金屬硬度和耐磨損性能 無法滿足，超過16，則合金有奧氏體化傾向，硬度下降。如取C: 0.47， Sh 0.92， Mm 1.5， Mo: 1.05， Cr: 18.5， W: 0.73， Nb: 0.42， V: 0.05，稀土 0.05，其余Fe，焊后檢測，其硬度為HRC 40-42。
W: 0.6~1.0， W具有抗回火軟化和提高合金硬度的作用，W更 易形成碳化物，對耐磨性的提高有良好的效果。不足0.6效果不能實現，高于i.o效果已飽和。
Mo: 0.8 1.2， Mo具有抗回火軟化和提高合金高溫強度的作用， 能減少高溫磨耗。
V、 Nb和稀土三者都具有細化晶粒的作用，減少應力集中， 降低裂紋敏感性；V、 Nb還具有二次析出硬化效果，增加耐磨性； Nb超過0.5，則脫渣不易。
由于采用上述技術方案，本發明較好的實現了發明目的，其工藝 簡單，不增加成本，在工件表面堆焊該合金，其耐磨損性能達到高鉻 鑄鐵焊材的性能，同時，成型無裂紋存在，增強了抗腐蝕性能，綜合 性能優于高鉻鑄鐵，延長了工件使用壽命，以密煉機轉子為例，達到 了原來的1.5倍以上；同時，因為表面成型無裂紋，還可作為制作超 強耐磨件時的過渡層硬質合金。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
實施例1 :
一種硬面堆悍材料，其化學成分以重量百分比計C: 0.4~0.6， Si: 0.6 1.0， Mn: 1.5 1.8， Mo: 0.8 1.2， Cr: 14 16， W: 0.6~1.0， Nb: 0.3~0.5， V: 0.05~0.1，稀土 0.05 0.1， S當0.035， P^O.035, 其余Fe，其組份之和為100%。本實施例取C: 0.45， Si: 0.9， Mn: 1.5， Mo: 1.05， Cr: 14， W: 0.73， Nb: 0.42， V: 0.05，稀 土 0.05， S和P分別控制在0.035以下，其余Fe。
本發明配合以下焊接工藝能達到更好的效果
首先控制預熱和層間溫度高于Ms點，避免堆悍過程中，熔敷金屬發生馬氏體相變及淬回火效應，使整個堆焊層在堆焊完畢后，在熱 處理的過程中，同時進行馬氏體轉變，以保證獲得的組織和硬度均勻。 根據Ms點溫度的經驗公式
(0F)=1020-630(%C)_72(%M" )-63(0,)-36(%0 )
-3 l(o疆)-18(%Cw)-18(%她)-9(0/,)+ 27(%Cb)+ 54(0/"/)
由公式可測知，Ms點的最高溫度為172°C，預熱溫度控制在 180~230°C (本實施例為200。C);層間溫度控制在250 300°C (本實 施例為280°C)，過高則脫渣困難；而在焊后的回火處理上，高鉻鑄 鐵焊材通常在500-55(TC,在此溫度上回火，除了應力消除外，更多 的是考慮合金硬度不受回火的影響，以獲得更高的耐磨損性能。但本 發明通過試驗，發現在此溫度下，應力消除效果不理想，容易產生冷 裂紋，溫度過高，超過65(TC，則合金硬度下降，耐磨性下降，因此 合理的回火溫度應控制在550~650°C (本實施例為580~600°C)。
本發明的焊材為以鋼制鐵皮軋制成管狀，在以合金粉末填充其間 而成藥芯焊絲，直徑4> 1.6mm,采用MIG悍接方法焊接，焊接條件: U=28V， I=280A，混合氣體流量18L/min。在工件上焊接兩層，表面 成型無裂紋，平均硬度HRC 48-50，在工況條件下試用，六個月后， 最深磨損量在l.Omm， 一年后1.5mm,預計使用壽命在5年以上。是 現在使用的高鉻鑄鐵焊材的平均3年的1.5倍以上。
由上述說明和試驗可知，本發明能很好的解決目前市場上密煉機 的膠料接觸件的耐磨耐腐問題，工件制作成本并沒有增加，使用壽命 卻得到了延長。實施例2:
本實施例取C: 0.54， Si: 0.82， Mm 1.62， Mo: 0.99， Cr: 15， W: 0.76， Nb: 0.3， V: 0.05，稀土 0.05， S和P分別控制在0.035 以下，其余Fe，焊后檢測，其表面成型無裂紋，平均硬度HRC 52-54。
余同實施例1。
權利要求
1、一種硬面堆焊材料，其特征是其化學成分以重量百分比計C0.4～0.6，Si0.6～1.0，Mn1.5～1.8，Mo0.8～1.2，Cr14～16，W0.6～1.0，Nb0.3～0.5，V0.05～0.1，稀土0.05～0.1，S≦0.035，P≦0.035，其余Fe，其組份之和為100％。
2、 如權利要求l所述一種硬面堆焊材料的應用，其特征是預熱 溫度為180~230°C，層間溫度為250 300°C，回火溫度為550 650°C 。
全文摘要
本發明公開了一種耐磨、耐腐、成型無裂紋的堆焊合金材料及其應用，其特征是其化學成分以重量百分比計C0.4～0.6，Si0.6～1.0，Mn1.5～1.8，Mo0.8～1.2，Cr14～16，W0.6～1.0，Nb0.3～0.5，V0.05～0.1，稀土0.05～0.1，S≤0.035，P≤0.035，其余Fe，其組份之和為100％，與之所配合的焊接工藝流程是預熱溫度為180～230℃，層間溫度為250～300℃，回火溫度為550～650℃，本發明工藝簡單，不增加成本，在工件表面堆焊該合金，其耐磨損性能達到高鉻鑄鐵焊材的性能，同時，成型無裂紋存在，增強了抗腐蝕性能，綜合性能優于高鉻鑄鐵，延長了工件使用壽命，以密煉機轉子為例，達到了原來的1.5倍以上；同時，因為表面成型無裂紋，還可作為制作超強耐磨件時的過渡層硬質合金。
文檔編號B23K35/30GK101439445SQ200710036179
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月19日 優先權日2007年11月19日
發明者于燕芳, 秦佳輝, 羅軍雷, 鋼 賀 申請人:益陽橡膠塑料機械集團有限公司