專利名稱：一種含超細硬質相鐵基耐磨合金的制作方法
技術領域：
本發明屬于焊接材料技術領域，涉及ー種含超細硬質相耐磨堆焊合金粉末及堆焊合金的制備方法，可廣泛用于電力、冶金、機械、化工等行業中機械耐磨件的修復和制造。
背景技術：
磨損是造成機械失效的主要原因之一，其中磨粒磨損占到50%以上。在現代エ業和技術發展中，機械設備及其零件在使用中對 材料耐磨損性的要求越來越高，使用壽命越來越成為影響現代設備生產效率的重要因素。據統計，世界エ業發達國家約30%的能源是以不同形式消耗在磨損上的，近年來我國毎年消耗金屬耐磨材料約達300萬噸以上，各行業也已陸續進ロ 了高達1000億美元的設備部件。堆焊合金的耐磨性取決于所含硬質相的尺寸、形態、分布及其類型，而韌性不僅與其基體組織性質、數量、形態及分布等相關，也與硬質相的尺寸、形態、分布及類型有夫。在很多エ況下，細顆粒硬質相使合金具有好的耐磨性，特殊情況下，當硬質相比磨料硬時，增大硬質相尺寸有助于耐磨性提高。一般認為如果硬質相細小或為球形，硬質相對金屬基體的割裂作用降低，對提高韌性有利。硬質相分布對合金耐磨性有重要的影響，硬質相作為合金的耐磨骨架，均勻的分布有助于有效的保護基體，而硬質相的聚集生長容易產生應力集中，増加了硬質相在磨損過程中的剝落。近年來國內外在鐵基耐磨堆焊合金方面已有相當的研究，但反應含碳化鉻硬質相和含硼化物硬質相的堆焊合金易開裂，硬度和韌性匹配差。所以，細小的硬質相均勻的分布在基體上，對提高堆焊合金韌性有重要作用。因此，研究一種含超細硬質相的耐磨堆焊合金，其具有硬度和韌性的良好匹配，從而對提高耐磨性具有重要意義。
發明內容
本發明的目的在于合金中超細硬質相做為耐磨骨架，超細硬質相尺寸達亞微米，減少對基體的割裂，有利于提高合金的韌性，且具有較高的硬度，大大提高了堆焊合金的耐磨性。為實現上述目的，本發明采取如下的技術方案。一種含超細硬質相鐵基合金粉末，粉末成分范圍如下Cr: 15. 4_20wt. % ；B: 2. 3-4. 8wt. % ；C: O. 6-1. 8%wt. % ；ff: 5. 9-9. 8%wt; Nb: 1. 6-4. 5wt. % ；Mo :3. 4-6. Owt. % ；V
0-2. 8wt. % ；Mn 2. 0-2. 4wt. % ；Si :1. 1-1. 5wt. % ；Fe:余量。所述的粉末包括高碳鉻鐵、金屬鉻粉末、硼鐵粉末、金屬鎢粉、鈮鐵、鑰鐵、釩鐵、電解錳粉、硅鐵、金屬鉄粉。上述各種粉末的粒度在75-150 μ m之間。優選所述合金粉末，合金粉末元素成分范圍優選如下Cr: 18. 2-19. 6wt. % ；B: 2. 6-3. 8wt. % ；C:0. 8-1. 8%wt. % ；ff:5. 9-9. 8%wt; Nb: 3. 4-4. 5%wt ；Mo :4. 2-6. 0%wt ；V
I.5-2. 8%wt ；Mn :2. 0-2. 4%wt ；Si :1. 1-1. 5%wt ；Fe:余量。進ー步，各元素通過下列合金粉末添加高碳鉻鐵、金屬鉻粉末、硼鐵粉末、金屬鎢粉、銀鐵、鑰鐵、f凡鐵、電解猛粉、娃鐵、金屬鐵粉。進一歩，以上粉末各種的粒度在75-150 μ m之間。
采用本發明上述合金粉末制備ー種含超細硬質相鐵基耐磨堆焊合金的方法，其特征在于，采用等離子轉移弧制備堆焊合金エ藝，焊接エ藝參數為非轉移弧電壓18-21V ；非轉移弧電流58-63A :轉移弧電壓29-32V ;轉移弧電流95-125A ;送粉電壓4. 0-5. 5V ；離子氣220-280L/h ;送粉氣260-340L/h ;保護氣360_450L/h ;離子氣、送粉氣和保護氣均為氬氣；噴焊速度25-30mm/min ;焊槍擺幅25-30mm ;噴距10-15mm。對上述焊接エ藝進行優化，將エ藝參數設定為非轉移弧電壓19-20V ;非轉移弧電流59-61A ；轉移弧電壓29-32V ;轉移弧電流99-119A ;送粉電壓4. 0-5. 5V ;離子氣220-260L/h ;送粉氣280-320L/h ;保護氣380-420L/h ;離子氣、送粉氣和保護氣均為氬氣；噴焊速度25-30mm/min ;焊槍擺幅25_30mm ;噴距10_15mm。采用這種合金粉末在上述エ藝條件下制備的堆焊合金，含鈮復雜型的細小硬質相尺寸可達亞微米，均勻彌散分布于基體之中，做為合金的主要耐磨骨架，有助于提高合金韌性，且基體組織細小，合金具有較好的耐磨性。本發明的主要特點是通過多元合金細化組織，組織中有含鈮復雜的超細硬質相，可達亞微米尺寸，多種元素的固溶強化及硬質相使合金具有較高的硬度，硬度可達68HRC，超細硬質相均勻彌散分布在基體上作為主要耐磨骨架，減小硬質相對基體的割裂作用，具有較好的韌性，焊接及磨損過程中無裂紋產生，從而具有很好的耐磨性。
圖I實例2顯微組織圖；圖2實例5顯微組織圖；圖3實例2堆焊合金XRD圖；圖4實例5堆焊合金XRD5實例1-6堆焊合金相對耐磨性變化規律。
具體實施例方式本發明的藥芯焊絲不受上述實例的限制，任何在本發明的權利要求書要求保護的范圍內的改進和變化都在本發明的保護范圍之內。選用聞碳絡鐵、金屬絡粉末、砸鐵粉末、金屬鶴粉、銀鐵、鑰鐵、I凡鐵、電解猛粉、娃鐵、金屬鉄粉制成藥粉，所取粉末的粒度在75 μ m-150 μ m之間，將所取的各種粉末放入混粉機內混合均勻。實施例I. 一種含超細硬質相鐵基耐磨合金粉末，各元素成分范圍如下Cr: 15. 5% ；B:2. 7wt. % ；C:0. 7% ；ff:5. 9%wt;Nb: I. 6wt. % ；Mo:3. 4wt. % ；V:0wt. % ；Mn:2. Owt. % ；Si: I. lwt. % ；Fe:余量。采用等離子轉移弧噴焊進行堆焊，焊接所用的保護氣、離子氣和送粉氣均未IS氣，具體エ藝參數為非轉移弧電壓18V ;非轉移弧電流58A ;轉移弧電壓29V ;轉移弧電流99A ;送粉電壓4. 5V ;離子氣220L/h ;送粉氣270L/h ;保護氣360L/h ;噴焊速度25mm/min ;焊槍擺幅25_ ;噴距12_。實施例2. —種含超細硬質相鐵基耐磨合金粉末，各元素成分范圍如下Cr: 19. 6wt. % ；B: 3. 8wt. % ；C: 0. 9%wt. % ；W: 6. 2%wt ；Nb: 3. 8wt. % ；Mo: 4. 8wt. % ；V 0wt. % ；Mn:2. 2wt. % ；Si :1. 2wt. % ；Fe :余量。采用等離子轉移弧噴焊進行堆焊，焊接所用的保護氣、離子氣和送粉氣均未IS氣，具體エ藝參數為非轉移弧電壓21V ;非轉移弧電流62A ;轉移弧電壓32V ;轉移弧電流105A ;送粉電壓5. OV ;離子氣240L/h ;送粉氣300L/h ;保護氣400L/h ;噴焊速度30mm/min ;焊槍擺幅25mm ;噴距13mm。實施例3. —種含超細硬質相鐵基耐磨合金粉末，各元素成分范圍如下Cr: 20wt. % ；B: 4. 4wt. % ；C: I. 8%wt. % ；ff: 9. 8%wt; Nb : 4. 5wt. % ；Mo : 6. Owt. % ；V: 2. 8wt. % ；Mn:2. 4wt. % ；Si: I. 5wt. % ；Fe:余量。采用等離子轉移弧噴焊進行堆焊，焊接所用的保護氣、離子氣和送粉氣均未IS氣，具體エ藝參數為非轉移弧電壓2IV ;非轉移弧電流63A ;轉移弧電壓32V ;轉移弧電流120A ;送粉電壓5. 5V ;離子氣280L/h ;送粉氣340L/h ;保護氣450L/h ;噴焊速度30mm/min ;焊槍擺幅30_ ;噴距14mm。 實施例4. 一種含超細硬質相鐵基耐磨合金粉末，粉末成分范圍如下，各元素成分范圍如下Cr: 18. 3wt. % ；B: 2. 6wt. % ；C: 0. 8%wt. % ；ff: 5. 9%wt; Nb: 3. 4%wt ；Mo: 4. 2%wt ；V: I. 5%wt ；Mn:2. 0%wt ；Si : I. l%wt ；Fe:余量。采用等離子轉移弧噴焊進行堆焊，焊接所用的保護氣、離子氣和送粉氣均未氬氣，具體エ藝參數為非轉移弧電壓18V;非轉移弧電流59A ;轉移弧電壓30V ；轉移弧電流99V ;送粉電壓4. OV ;離子氣220L/h ;送粉氣280L/h ;保護氣380L/h ;噴焊速度30mm/min ;焊槍擺幅25_ ;噴距13_。實施例5. —種含超細硬質相鐵基耐磨等合金粉末，粉末元素成分范圍如下Cr: 19. 4wt. % ；B: 3. 4wt. % ；C: I. 3%wt. % ；ff: 7. 8%wt;Nb: 4. 2%wt ；Mo :4. 8%wt ；V :2. 4%wt ；Mn
2.2%wt ；Si 1.4%wt ；Fe:余量。采用等離子轉移弧噴焊進行堆焊，焊接所用的保護氣、離子氣和送粉氣均未IS氣,具體エ藝參數為非轉移弧電壓21V ;非轉移弧電流63A ;轉移弧電壓29V ;轉移弧電流115A ;送粉電壓5. OV ;離子氣240L/h ;送粉氣300L/h ;保護氣400L/h ;噴焊速度30mm/min ;焊槍擺幅30_ ;噴距13mm。實施例6. —種含超細硬質相鐵基耐磨合金粉末，粉末成分范圍如下，粉末成分范圍如下Cr: 19. 6wt. % ；B:3. 8wt. % ；C: I. 8%wt. % ；ff:9. 8%wt ；Nb:4. 5%wt ；Mo:6. 0%wt ；V: 2. 8%wt ；Mn: 2. 4%wt ；Si : I. 5%wt ；Fe:余量。采用等離子轉移弧噴焊進行堆焊，焊接所用的保護氣、離子氣和送粉氣均未氬氣，具體エ藝參數為非轉移弧電壓20V;非轉移弧電流60A ;轉移弧電壓31V ;轉移弧電流115A ;送粉電壓5. 5V ;離子氣260L/h ;送粉氣320L/h ;保護氣420L/h ;噴焊速度25mm/min ;焊槍擺幅30_ ;噴距14mm。其中以實施例2，5組織最好。各實施例所制備堆焊合金性能檢測如下所述I.對實例堆焊合金熔敷金屬采用HR 150A洛氏硬度機進行硬度測試，載荷為150Kg，打五個點后取平均值，如表I所示。表I各實施例堆焊合金熔敷金屬硬度值(HRC)
權利要求
1.一種含超細硬質相鐵基耐磨合金，其特征在于，各元素成分范圍如下Cr: 15. 4-20wt. % ；B:2. 3-4. 4wt. % ；C:0. 6-1. 8%wt. % ；ff:5. 9-9. 8%wt; Nb: I. 6-4. 5wt. % ；Mo 3.4-6. Owt. % ；V 0-2. 8wt. % ；Mn :2. 0-2. 4wt. % ；Si :1. 1-1. 5wt. % ；Fe:余量。
2.按照權利要求I的含超細硬質相鐵基耐磨合金，其特征在于，各元素成分范圍如下Cr: 18. 2-19. 6wt. % ；B: 2. 6-3. 8wt. % ；C:0. 8-1. 8%wt. % ；ff: 5. 9-9. 8%wt;Nb: 3. 4-4. 5%wt ；Mo 4.2-6. 0%wt ；V 1. 5-2. 8%wt ；Mn :2. 0-2. 4%wt ；Si :1. 1-1. 5%wt ；Fe:余量。
3.按照權利要求I或2的含超細硬質相鐵基耐磨合金，其特征在于，各元素通過下列合金粉末添加聞碳絡鐵、金屬絡粉末、砸鐵粉末、金屬鶴粉、銀鐵、鑰鐵、I凡鐵、電解猛粉、娃鐵、金屬鐵粉。
4.根據權利要求3所述的含超細硬質相鐵基耐磨合金，其特征在于以上粉末各種的粒度在75-150 iim之間。
5.制備如權利要求I的含超細硬質相鐵基耐磨合金的方法，其特征在于，采用等離子轉移弧噴焊制備堆焊合金工藝參數為非轉移弧電壓18-21V ;非轉移弧電流58-63A :轉移弧電壓29-32V ;轉移弧電流95-125A ;送粉電壓4. 0-5. 5V ;離子氣220-280L/h ;送粉氣260-340L/h ;保護氣360-450L/h ;離子氣、送粉氣和保護氣均為氬氣；噴焊速度25-30mm/min ;焊槍擺幅25_30mm ;噴距10_15mm。
6.根據權利要求5的方法，其特征在于，采用等離子轉移弧噴焊制備堆焊合金工藝參數為非轉移弧電壓19-20V ;非轉移弧電流59-61A ;轉移弧電壓29_32V ;轉移弧電流 99-119A ;送粉電壓4. 0-5. 5V ;離子氣:220_260L/h ;送粉氣:280_320L/h ;保護氣380-420L/h ;離子氣、送粉氣和保護氣均為氬氣；噴焊速度25-30mm/min ;焊槍擺幅25-30mm ;噴距10_15mm。
全文摘要
一種含超細硬質相鐵基耐磨合金粉末，屬于焊接材料技術領域。粉末各元素成分范圍如下Cr:15.4-20wt.%；B:2.3-4.8wt.%；C:0.6-1.8%wt.%；W:5.9-9.8%wt;Nb:1.6-4.5wt.%；Mo3.4-6.0wt.%；V0-2.8wt.%；Mn2.0-2.4wt.%；Si1.1-1.5wt.%；Fe:余量。制備堆焊合金的方法如下將75μm-150μm之間的高碳鉻鐵、金屬鉻粉末、硼鐵粉末、金屬鎢粉、鈮鐵、鉬鐵、釩鐵、電解錳粉、硅鐵、金屬鐵粉混合均勻，采用等離子轉移弧噴焊制備堆焊合金。制備的堆焊合金中具有含鈮超細復雜硬質相，尺寸可達亞微米，合金硬度可達到68HRC，合金韌性較好，焊接過程中無裂紋產生，具有優異的耐磨性。
文檔編號B23K35/30GK102848102SQ20121022403
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者王智慧, 賀定勇, 趙雪飛, 蔣建敏, 周正, 李曉延, 崔麗, 萬國力 申請人:北京工業大學