一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲及其制備方法，其中胎體合金的重量百分比的組分組成：鋅20～35%，鎳20～35%，鉻1.0～4.0%，鐵0.5～2.0%，硼0.5～2.0%，硅0.2～1.0%，鋁0.2～1.0%，稀土0.02～0.1%，銅為余量。與傳統的胎體合金H62黃銅、Cu10Ni40Zn相比具有：（一）強度更高；（二）耐磨性能更好；（三）與鋼材和硬質合金的界面結合力更強等特點。
【專利說明】一種高鏡鋅白銅胎體合金焊絲及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于制備硬質合金堆焊焊條用高鎳鋅白銅胎體合金焊絲及其制備方法，屬于新材料【技術領域】。
【背景技術】 [0002]硬質合金堆焊焊條，是由硬質合金顆粒和胎體合金焊絲經燒結制備而成的，該焊條用于堆焊石油鉆探行業井下作業工具的易磨損工作面。
[0003]上世紀七八十年代國內市場普遍采用H62黃銅作為胎體合金焊絲。后期研究表明，銅鎳鋅合金(鋅白銅)與硬質合金和鋼材的潤濕性能均較好，適宜用作制備硬質合金堆焊焊條的胎體合金。因此國內部分廠家通過在黃銅基體中添加鎳元素并不斷提高含量從而提高堆焊層的強度和耐磨性能，但鎳含量提高以后焊絲制備難度迅速增加，目前國內市場上以含鎳10%的Cul0Ni40Zn最為常見，該類合金的抗拉強度400~500MPa，硬度HB100~150。
[0004]隨著我國鉆探事業的不斷發展，硬質合金堆焊焊條的使用壽命也需要不斷提高。特別是國外市場近年來陸續出現多種新產品，其胎體合金經檢測強度高達600~800MPa，硬度HB200~300，且可堆焊性好，界面結合強度高，堆焊層的壽命更長，但價格為國內材料的4~5倍，極大的限制了國內市場的應用。因此，國內迫切需要開發一種強度和硬度更高、與硬質合金和鋼材的界面結合力更強以及使用成本較低的胎體合金，以進一步提升堆焊效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種強度高、耐磨性好且造價相對較低的高鎳鋅白銅胎體合金焊絲及其制備方法。
[0006]為實現上述目的，本發明的解決方案是:
[0007]一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其中胎體合金組分的重量百分比為:鋅20~35%，鎳 20 ~35%，鉻 1.0 ~4.0%,鐵 0.5 ~2.0%,硼 0.5 ~2.0%,硅 0.2 ~1.0%，鋁 0.2 ~1.0%,鈰0.02~0.05%,銅為余量。
[0008]所述鉻優選的重量百分比為3.0~3.5%。
[0009]所述鐵優選的重量百分比為1.0~1.5%。
[0010]所述硼優選的重量百分比為0.5~1.0%。
[0011]所述娃優選的重量百分比為0.2~0.5%。
[0012]所述鋁優選的重量百分比為0.2~0.5%。
[0013]所述鈰優選的重量百分比為0.02~0.05%。
[0014]一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲的制備方法，其步驟包括:
[0015]步驟1、原料銅、鎳和鋅以純金屬方式配比，鉻、硼、鋁、硅、鐵分別以銅鉻、銅硼、鋁硅、鐵鎳中間合金形式配比，稀土金屬為鈰；[0016]步驟2、將金屬及中間合金按以下順序投入加熱爐中熔煉成金屬液，并做爐前分析；
[0017]加料順序為:銅一鎮一鐵鎮一銅絡一銅砸一招娃一鋒一稀土 ；
[0018]步驟3、完成爐前分析并確定熔融金屬符合產品要求之后，將金屬液升溫至1150°C~1250°C，精煉、扒渣并添加40%硼砂+60%玻璃作為覆蓋劑；
[0019]步驟4、啟動計算機控制水平連鑄機，連續鑄造直徑3.2mm焊絲線坯；在連續鑄造的同時，拋光處理定尺切斷。
[0020]采用上述方案后，本發明的胎體合金與傳統的胎體合金黃銅H62、Cul0Ni40Zn相t匕，本發明材料具有強度、耐磨性能更高，焊接時流動性更好，與鋼材和硬質合金的界面結合強度更高的特點，且成本與國外產品相比降低很多；另外，由于本發明提供的合金組織為共晶或近共晶基體組織，該類組織的合金加工成型性能極差，無法制備成絲材。因此本發明使用計算機控制水平連鑄技術制備直徑3.2mm的線坯，經表面拋光處理后可直接用于燒結堆焊焊條。
【具體實施方式】
[0021]以下結合實施例對本發明作進一步詳述。
[0022]本發明揭示了一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其中胎體合金組分的重量百分比為:鋅 20 ~35%，鎳 20 ~35%，鉻 1.0 ~4.0%,鐵 0.5 ~2.0%,硼 0.5 ~2.0%,硅 0.2 ~1.0%,鋁0.2~1.0%,鈰0.02~0.05%,銅為余量。
[0023]所述鉻優選的重量百分比為3.0~3.5% ;所述鐵優選的重量百分比為1.0~
1.5% ;所述硼優選的重量 百分比為0.5~1.0% ;所述硅優選的重量百分比為0.2~0.5% ；所述鋁優選的重量百分比為0.2~0.5% ;所述鈰優選的重量百分比為0.02~0.05%。
[0024]本發明中各組分對合金性能的影響如下所述:
[0025]主元素:
[0026]銅、鎳和鋅:由銅鎳鋅組成的三元合金稱為鋅白銅，外觀呈銀白色，耐蝕性、強度和硬度高，研磨性、釬焊性和抗應力松弛性能優異。尤其是當銅、鎳和鋅的重量百分比接近1:1:1時，合金可獲得共晶或近共晶基體組織，該類組織具有很好的焊接流動性、很高的高溫硬度和耐磨性，但加工成型性能極差，很難制備成加工線材。
[0027]其他元素:
[0028]鉻:適量的鉻能大幅提高合金的硬度和耐磨性能，且能增強合金與鋼材、合金和硬質合金結合界面的潤濕性，提高堆焊硬度和斷裂韌性。
[0029]硼:適量的硼能顯著提高合金的焊接流動性，能顯著減少堆焊時界面處缺陷，提高堆焊層的使用壽命。硼元素的加入會進一步降低合金的可加工性，但同時也增加了合金水平連鑄成型的可能性。
[0030]鋁:適量的鋁能增加合金的強度和耐腐蝕性能，在熔煉時能形成致密的氧化鋁膜，減少合金的氧化。
[0031]硅:適量的硅能增加合金的強度和耐磨性，降低合金低溫脆性，但過量會增加合金的開裂傾向。
[0032]鐵:適量的鐵能增加合金的抗腐蝕性能和機械性能，并進一步細化結晶組織。[0033]稀土鈰:少量稀土元素能有效去除雜質、凈化基體金屬、細化基體金屬結晶組織，從而提高液態金屬的流動性，消除缺陷和提高與硬質合金的潤濕性。
[0034]本發明的提供的胎體合金材料主要用于制備硬質合金堆焊焊條，應用于石油鉆探行業。
[0035]與傳統的胎體合金黃銅H62、Cul0Ni40Zn相比，本發明材料具有強度、耐磨性能更高，焊接時流動性更好，與鋼材和硬質合金的界面結合強度更高的特點，且成本與國外產品相比降低很多。
[0036]實施例一
[0037]1、原料銅、鎳和鋅以純金屬方式配比，鉻、硼、鋁、硅、鐵分別以銅鉻、銅硼、鋁硅、鐵鎳中間合金形式配比，稀土金屬為鈰。
[0038]2、將金屬及中間合金按以下順序投入加熱爐中熔煉成金屬液，并做爐前分析；
[0039]加料順序為:銅一鎮一鐵鎮一銅絡一銅砸一招娃一鋒一稀土。
[0040]爐料經分析后得到的重量百分比如下:
[0041 ]鋅 27.05%,鎳 30.50%,鉻 3.30%,
[0042]鐵1.45%,硼 0.89%,硅 0.45%,
[0043]鋁0.45%,鈰 0.05%,銅為余量。
[0044]3、完成爐前分析并確定熔融金屬符合產品要求之后，將金屬液升溫至1150°C~12500C，精煉、扒渣并添加40%硼砂+60%玻璃作為覆蓋劑。
[0045]4、啟動計算機控制水平連鑄機，連續鑄造直徑3.2mm焊絲線坯；在連續鑄造的同時，拋光處理定尺切斷。
[0046]本實施例的直徑3.2mm產品性能與國產胎體合金H62和Cul0Ni40Zn、美國進口鎳鉻銀胎體合金的性能及成本對比如下表:
[0047]表1本實施例產品與相應規格的國內外產品性能對比
[0048]
【權利要求】
1.一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其特征在于:其中胎體合金組分的重量百分比為:鋅 20 ~35%，鎳 20 ~35%，鉻 1.0 ~4.0%,鐵 0.5 ~2.0%,硼 0.5 ~2.0%,硅 0.2 ~1.0%,鋁0.2~1.0%,鈰0.02~0.05%,銅為余量。
2.如權利要求1所述的一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其特征在于:所述鉻的重量百分比為3.0~3.5%o
3.如權利要求1所述的一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其特征在于:所述鐵的重量百分比為1.0~1.5%。
4.如權利要求1所述的一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其特征在于:所述硼的重量百分比為0.5~1.0%。
5.如權利要求1所述的一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其特征在于:所述硅的重量百分比為0.2~0.5%o
6.如權利要求1所述的一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其特征在于:所述鋁的重量百分比為0.2~0.5%o
7.如權利要求1所述的一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲，其特征在于:所述鈰的重量百分比為0.02~0.05%。
8.一種高鎳鋅白銅胎體合金焊絲的制備方法， 其步驟包括: 步驟1、原料銅、鎳和鋅以純金屬方式配比，鉻、硼、鋁、硅、鐵分別以銅鉻、銅硼、鋁硅、鐵鎳中間合金形式配比，稀土金屬為鈰； 步驟2、將金屬及中間合金按以下順序投入加熱爐中熔煉成金屬液，并做爐前分析； 加料順序為:銅一鎮一鐵鎮一銅絡一銅砸一招娃一鋒一稀土； 步驟3、完成爐前分析并確定熔融金屬符合產品要求之后，將金屬液升溫至1150°C~12500C，精煉、扒渣并添加40%硼砂+60%玻璃作為覆蓋劑； 步驟4、啟動計算機控制水平連鑄機,連續鑄造直徑3.2mm焊絲線還；在連續鑄造的同時，拋光處理定尺切斷。
【文檔編號】C22F1/08GK103627925SQ201310633952
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】李祥, 郭初蕾, 馮凌集, 郭文龍, 劉永紅, 盧曉軍 申請人:廈門火炬特種金屬材料有限公司