本发明属于金属焊接材料技术领域，具体涉及一种高硬度自保护堆焊药芯焊丝及其制备方法。
背景技术：
高铬铸铁组织内部存在高硬度的碳化物，提供了优良的耐磨性，加之成本低廉，因此在矿山、机械。水泥和冶金等领域获得广泛应用。具体说来，高铬铸铁结构分为亚共晶、共晶和过共晶三种。其中过共晶组织中含有大量孤立高硬度的初生碳化物，耐低应力磨损能力更加突出。传统的高铬铸铁一股采用铸造方法制造，但是使用该法只能获得含碳、铬量相对较低的亚共晶或共晶组织。如果继续增加碳、铬含量，试图形成过共晶组织时，铸件中会不可避免产生疏松、缩孔、热裂纹等缺陷。
采用先进堆焊技术，可以弥补铸造方法无法获得过共晶的缺憾，获得无缺陷的过共晶高铬铸铁堆焊合金，其药芯中添加高碳铬铁，以保证焊后组织中含有更高的碳、铬含量，从而使得高铬铸铁堆焊合金具有更佳的耐磨性能。如北京工业大学发明了《高抗裂耐磨高铬铸铁型堆焊药芯焊丝》(200510127968.1)，其高碳铬铁添加量40～60％，其硬度范围hrc56～60；天津大桥发明了《一种高铬铸铁明弧堆焊药芯焊丝及其制备》(专利号201110446957.5)，其高碳铬铁添加量40～60％，其硬度范围hrc60～61。可见，添加高比例的高碳铬铁组分，是获得高碳高铬化学成分，进而形成含有更多初生碳化物的组织，从而具备更高耐磨性的关键。
通过分析国内外已有的相关专利发现，目前尚无关于药芯中高碳铬铁添加量70～80％而硬度却非常高的堆焊药芯焊丝报道。其原因是自保护药芯焊丝的研制难度较大，往往需要有较多的造渣造气剂实现自保护效果，使得药芯空间受限。
技术实现要素：
本发明提出一种高硬度自保护堆焊药芯焊丝，该药芯焊丝具有极高的硬度与耐磨性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种高硬度自保护堆焊药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，所述的药芯包含如下质量百分数的组分：高碳铬铁70～80％、硅锰合金6～10％、铝镁合金1～2％、石墨0.8～3.6％、氮化硼0.5～2％、金红石5～13％与萤石2～6％；药芯占焊丝总重量的比例为45～55％。
进一步，所述高碳铬铁含碳量为9～10wt％，含铬量为60～70wt％，其余为铁。
进一步，所述低碳钢带为h08a碳钢钢带。
进一步，所述金红石为经过400～480℃烘烤后的金红石。
本发明的另一个目的是提供一种高硬度自保护堆焊药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
⑴利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成u形，然后通过送粉装置将药芯材料按焊丝总重的45～55％加入到u形槽中；
⑵将u形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.40～4.10mm，得到最终产品。
在上述药芯中各组分主要作用如下：
高碳铬铁：其成分为向堆焊金属中过渡合金元素cr，并提供c元素，以在焊接过程中形成碳化物耐磨硬质相。
硅锰合金：配方中加入适量的硅元素有助于改善焊缝成型。
铝镁合金：脱氧、固氮。
石墨：脱氧，向熔池中提供c元素。
氮化硼：改善熔池流动性和焊缝成形，提高各金属流动性。并且有利于形成硼碳硬质相，进一步提高硬质相的体积分数和堆焊金属的硬度。
金红石：作为造渣剂使用，严格控制造渣剂的加入量，可以减薄焊后渣壳，有利于熔池中气体的逸出，减少气孔数量，提高焊丝的熔敷速度。
萤石：稳定电弧，改善熔池流动性。
本发明有益效果：
1、本发明中的高碳铬铁添加量为70～80％(比现有技术60％略高)，通过硅锰合金、铝镁合金、石墨、氮化硼、金红石与萤石的合理调配，成功解决了焊丝的自保护问题，避免了气孔等缺陷的发生，提高堆焊合金的硬度(68～72hrc)。
2、由于高碳铬铁价格便宜，且药芯中未加任何贵重元素，自保护堆焊药芯焊丝的制造成本大大降低。
具体实施方式
实施例1
药芯按以下质量进行配制：高碳铬铁80g、硅锰合金9.5g、铝镁合金1g、石墨2g、氮化硼0.5g、金红石5g与萤石2g。所取的粉末均通过80目的筛子。将所取各种粉末置入混粉机内，混合40分钟，然后把混合粉末加入u形的16×0.3mm的h08a碳钢钢带槽中，填充率为55％。再将u形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉丝模中的一种或多种，逐道拉拔、减径，最后获得直径为2.40～4.10mm的焊丝产品。焊接电流为280～400a，焊接电压为28～36v，焊接速度为2.4m/min。堆焊金属硬度及耐磨性见表1。
实施例2
药芯按以下质量进行配制：高碳铬铁76g、硅锰合金8g、铝镁合金2g、石墨0.8g、氮化硼1.2g、金红石6g与萤石6g。所取的粉末均通过80目的筛子。将所取各种粉末置入混粉机内，混合40分钟，然后把混合粉末加入u形的16×0.3mm的h08a碳钢钢带槽中，填充率为50％。再将u形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉丝模中的一种或多种，逐道拉拔、减径，最后获得直径为2.40～4.10mm的焊丝产品。焊接电流为280～400a，焊接电压为28～36v，焊接速度为2.4m/min。堆焊金属硬度及耐磨性见表1。
实施例3
药芯按以下质量进行配制：高碳铬铁70g、硅锰合金10g、铝镁合金1g、石墨3.6g、氮化硼1.2g、金红石10g与萤石4.2g。所取的粉末均通过80目的筛子。将所取各种粉末置入混粉机内，混合40分钟，然后把混合粉末加入u形的16×0.3mm的h08a碳钢钢带槽中，填充率为45％。再将u形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉丝模中的一种或多种，逐道拉拔、减径，最后获得直径为2.40～4.10mm的焊丝产品。焊接电流为280～400a，焊接电压为28～36v，焊接速度为2.4m/min。堆焊金属硬度及耐磨性见表1。
实施例4
硬度采用hr-150a洛氏硬度计，荷载150kg，对每一个测试样取5点硬度，计算平均硬度值。
磨损实验采用mls-225型湿式橡胶轮磨损试验机。
将每个实施例的堆焊层切五个尺寸为57×25×6mm磨损试样。磨损实验参数如下：橡胶轮直径：178mm，橡胶轮转速：240转/分，橡胶轮硬度：70(邵尔硬度)，载荷：10kg，橡胶轮转数：预磨1000转，正式试验转1000转，磨料：40～70目的石英砂。堆焊金属的耐磨性能以正式磨损的失重量来衡量。在每次实验前、后将试样置入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5分钟，待干后称重记录。实验用q235钢作为对比样，对比件失重量与测量件失重量之比作为堆焊样的相对耐磨性ε。
表1各实施例堆焊金属硬度及耐磨性
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。