一种电弧堆焊增材制造用过共晶Fe‑Cr‑C‑Ti‑Nb‑N药芯焊丝的制作方法

文档序号:11220792阅读:1111来源:国知局

技术领域本发明属于增材制造技术领域,特别涉及一种药芯焊丝。



背景技术:
在过共晶fe-cr-c合金中存在大量的m7c3型初生碳化物,它们具有较高的硬度和优良的耐磨性。目前,过共晶fe-cr-c合金已经被增材制造领域的科研工作者广泛关注。通过电弧堆焊的方式,将其熔覆于在零部件的表面,可以通过3d打印制备成具有耐磨表面各种形状的零部件。

m7c3碳化物的耐磨性能决定了过共晶fe-cr-c合金的耐磨性能。然而,一般直接从液相中析出初生m7c3碳化物尺寸都比较大,而且,它们会破坏其与基体之间的连续性,在服役过程中这些大块的初生m7c3碳化物很容易从零部件表面剥落,从而降低了堆焊后零部件的使用寿命。

随着增材制造技术的快速发展,对过共晶fe-cr-c合金的使用寿命要求越来越高,制备出抗剥落性更强、耐磨性更高的过共晶fe-cr-c合金,成为突破过共晶fe-cr-c合金在增材制造领域广泛应用的瓶颈关键。

研究发现,采用细化初生m7c3碳化物能够有效提高过共晶fe-cr-c堆焊合金的耐磨性能。在焊材中添加强碳化物析出元素(ti、nb等),优先析出tic和nbc,使其成为初生m7c3碳化物的异质形核核心,细化初生m7c3碳化物,从而可以提高过共晶fe-cr-c堆焊合金的使用性能。但是,研究表明,含元素ti、nb的过共晶fe-cr-c堆焊合金仍然不能满足增材制造领域对更高寿命的要求,初生m7c3碳化物的细化程度还需有待进一步提高。



技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种使用方便、硬度高、耐磨性好、不易剥落、用于电弧堆焊增材制造的过共晶fe-cr-c-ti-nb-n药芯焊丝。本发明主要是在过共晶fe-cr-c堆焊合金成分基础上,同时添加合金元素钛(ti)、铌(nb)和氮(n),在凝固过程中,析出的复合(ti,nb)(c,n)化合物可以成为m7c3型初生碳化物的非自发形核核心,提高堆焊合金的抗剥落性能,具有更高的耐磨性。

本发明的药芯焊丝,其药芯的化学成分包括高碳铬铁、低碳铬铁、氮化铬铁、高碳锰铁、硅铁、石墨、钛铁、鈮铁、钒铁、钼粉、镍粉、氟化钠、镁粉等,其外层包皮为低碳钢带。药芯焊丝经堆焊熔敷后,堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt%):c3.80~4.10%、si1.00~1.10%、mn1.95~2.15%、cr25.00~26.00%、ti1.40~1.60%、nb1.40~1.60%、n0.30~0.40%、余量为fe。

上述药芯焊丝的制备方法:

1、对部分原料进行钝化处理:

a、将硅铁粉末加热,在700~750℃保温1小时;

b、将高碳铬铁粉末加热,在550~600℃保温1小时;

c、将高碳锰铁粉末加热,在300~350℃保温1小时;

2、混合:将上述药芯的各种原料放入混料机混合24小时;

3、拉丝:将上述混合均匀后的原料填装入带钢,药芯粉末占焊丝材料的重量百分比为37~45%,其余为带钢,在药芯焊丝生产线上进行滚压,经拉丝机2~5次拉拔成外径为φ4的药芯焊丝;

4、干燥:在100~200℃对药芯焊丝进行干燥。

本发明与现有技术相比具有如下优点:

1、采用本发明的药芯焊丝,通过3d打印可以制备成具有耐磨表面各种形状的零部件,其硬度与传统的过共晶fe-cr-c堆焊合金相比较,由hrc60提高到hrc61~63,而在经过14h的摩擦磨损试验后,磨损失重由4.5g减少到4.0~3.0g;

2、在过共晶fe-cr-c堆焊合金成分基础上,同时添加合金元素ti、nb和n。由于复合(ti,nb)(c,n)化合物与m7c3型初生碳化物之间的错配度为6.15%(小于12%),为中等有效。因此,在随后的凝固过程中,细化的复合(ti,nb)(c,n)化合物还可以成为后析出m7c3型初生碳化物的非自发形核核心,从而进一步细化m7c3型初生碳化物,获得更细小的纳米m7c3型初生碳化物,从而进一步提高了堆焊合金的抗剥落性能,使堆焊合金具有更高的耐磨性;

3、本发明的过共晶fe-cr-c-ti-nb-n药芯焊丝,可以广泛的应用在冶金、机械、矿山、煤炭、石油、建筑等领域,通过3d打印可以制备成具有耐磨表面各种形状的零部件,其市场空间十分广阔。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的过共晶fe-cr-c堆焊合金中m7c3型初生碳化物扫描电镜图,图中(a)为没有添加n元素、(b)为添加n元素。

具体实施方式

实施例1:

取药芯焊丝熔敷后堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt%):c3.80kg、si1.00kg、mn1.95kg、cr25.00kg、ti1.40kg、nb1.40kg、n0.30kg、fe65.15kg、上述原料粒度均为60~80目。先对硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁进行钝化处理,即将硅铁粉末加热,在700℃保温1小时;将高碳铬铁粉末加热,在550℃保温1小时;将高碳锰铁粉末加热,在300℃保温1小时。将上述药芯的各种原料放入混料机进行充分混合,采用药芯焊丝生产设备,将上述混合均匀后的原料填装入带钢,药粉填充率为37%,经拉丝机2次拉拔成外径为φ4的药芯焊丝。其堆焊金属的硬度为hrc61。

实施例2:

取药芯焊丝熔敷后堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt%):c3.95kg、si1.05kg、mn2.05kg、cr25.50kg、ti1.50kg、nb1.50kg、n0.35kg、fe64.10kg。上述原料粒度为60~80目。先对硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁进行钝化处理,即将硅铁粉末加热,在730℃保温1小时;将高碳铬铁粉末加热,在570℃保温1小时;将高碳锰铁粉末加热,在320℃保温1小时。将上述药芯的各种原料放入混料机进行充分混合,采用药芯焊丝生产设备,将上述混合均匀后的原料填装入带钢,药粉填充率为40%,经拉丝机4次拉拔成外径为φ4的药芯焊丝。其堆焊金属的硬度为hrc62。

实施例3:

取药芯焊丝熔敷后堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt%):c4.10kg、si1.10kg、mn2.15kg、cr26.00kg、ti1.60kg、nb1.60kg、n0.40kg、fe63.05kg。上述原料粒度为60~80目。先对硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁进行钝化处理,即将硅铁粉末加热,在750℃保温1小时;将高碳铬铁粉末加热,在600℃保温1小时;将高碳锰铁粉末加热,在350℃保温1小时。将上述药芯的各种原料放入混料机进行充分混合,采用药芯焊丝生产设备,将上述混合均匀后的原料填装入带钢,药粉填充率为45%,经拉丝机5次拉拔成外径为φ4的药芯焊丝。其堆焊金属的硬度为hrc63。



技术特征:

技术总结
一种电弧堆焊增材制造用过共晶Fe‑Cr‑C‑Ti‑Nb‑N药芯焊丝,药芯焊丝经堆焊熔敷后,堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt%):C 3.80~4.10%、Si 1.00~1.10%、Mn 1.95~2.15%、Cr 25.00~26.00%、Ti 1.40~1.60%、Nb 1.40~1.60%、N 0.30~0.40%、余量为Fe。采用药芯焊丝生产设备,药粉填充率为37~45%,经拉丝机拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝。本发明的药芯焊丝,通过3D打印可以制备成具有耐磨表面各种形状的零部件,其硬度与传统的过共晶Fe‑Cr‑C堆焊合金相比较,HRC由60提高到61~63,经过14h的摩擦磨损试验后,磨损失重由4.5g减少到4.0~3.0g。

技术研发人员:杨庆祥;周野飞;齐效文;王吉波;邢晓磊
受保护的技术使用者:燕山大学
技术研发日:2017.06.15
技术公布日:2017.09.08
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