专利名称：一种硬面堆焊材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硬面堆焊材料，特别是一种耐低应力磨粒磨损和 粘着磨损双重作用、耐腐蚀、无裂纹的堆焊用合金焊材，用于解决有 化学腐蚀和磨损双重作用的工况下，工件成型无裂纹条件下的耐磨、 耐腐。
背景技术：
轮胎制造行业中的炼胶设备——密炼机，是所有橡胶制品的源头 工序，原胶的第一步炼制，就是在密炼机的混炼腔室中，通过转子的 搅拌、挤压，把颗粒状的原胶加工成冷凝状的橡胶。在此过程中，与 胶料接触的所有部件，都要经历一个由磨粒磨损到粘着磨损的过程， 同时胶料在炼制的过程中又加有碳黑、石英砂和金属氧化物等，不仅 进一步增加了磨损程度，而且促使了氧化腐蚀进一步的加剧，在磨损 和腐蚀的双重作用下，工件会很快失效。为了增加工件使用寿命，以 抗腐耐磨为解决途径，密炼机生产厂商基本都是采用了在工件表面增 加耐磨抗腐层的方法，如堆焊硬质合金，电镀硬铬层等，而普遍采 用的是堆焊硬质合金层的方法，该种方法操作方便易行，生产效率高。 堆焊合金的种类大致可以分为三类钴基焊材、镍基焊材、铁基焊材， 前两种焊材堆焊后有少许裂纹，硬度因为大量碳化钩颗粒存在，硬度 能达到HRC50以上，耐磨损性能良好，因钴和镍本身就是抗氧化腐 蚀的金属，耐腐性能更是十分优异，但是这两种焊材成本很高，是铁基焊材的5-10倍，很难大量推广使用。目前应用的普遍还是铁基的 高铬铸铁焊材，该种材料具有优良的抗磨损性能，不过，耐腐蚀性能 因为裂纹的存在，目前的使用效果还不是太理想。对于高铬铸铁来说， 它的硬度耐磨性和耐腐蚀性是一对矛盾，如果要增加其耐磨性， 一般 都要提高其硬度，而硬度的提高必然导致裂纹敏感性的上升，裂纹的 存在和扩展促使氧化腐蚀加剧，耐腐性能下降。以密炼机胶料接触件 为例，采用牌号为PK-ZH1的高铬铸铁焊材堆焊，焊材主要成分为 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。堆焊过程为先在工件上堆焊一层不锈钢过渡层， 以缓解裂纹的延伸扩展，然后把工件预热到30(TC，堆焊两层，堆焊 完成后，500'C 55(TC回火处理，焊后检测，硬度在HRC50-52，表面 成型裂纹很多，且较长，达到200mm，有的长裂纹上还分叉出小裂纹， 尤其是在一些应力集中区域，有大量裂纹存在，工件在使用的过程中， 裂纹会进一步的扩展加深，当裂纹深度超过合金层达到母材后，工件 会很快失效，而此过程在密炼机正常工作情况下， 一般在3-5年的时 间内。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨、耐腐、成型无裂纹的堆焊合金材 料及其应用，与高铬铸铁焊材相比，不降低耐磨损性能，不增加生产 成本，并进一步增加了耐腐蚀性能。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的， 一种硬面堆焊材 料，其化学成分以重量百分比计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，其纟且伤、 之和为100%。
本发明所配合的焊接工艺流程是，焊前预热，预热温度为180 230 °C，焊接过程中，层间温度为250 30(TC，回火温度为550 65(TC。
该合金焊材适用于MIG焊接及自保护焊接。
上述成分范围内形成的合金，是以马氏体为基体，在其上面均匀 分布着碳化物硬质相颗粒，形成良好的耐磨损性能，同时，由于消除 了裂纹，去除了裂纹及其扩展带来的影响，耐腐性能得到了完善和提 高，下面就其中重要影响元素所界定的范围特性一一说明如下
C: 0.4 0.6， C可以提高熔敷金属的硬度，提高材料的耐磨损性 能，若C含量低于0.4，则效果不能实现。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，焊后检测，虽然无裂纹产生，但硬度下降，HRC45。 而当碳高过0.6后，则有裂纹出现。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，焊后检测，虽然硬度达HRC 55-58，但有裂纹产生。因此控 制碳在0.4-0.6的范围内。
Cr: 14~16， Cr不足14以上时，则熔敷金属硬度和耐磨损性能 无法满足，超过16，则合金有奥氏体化倾向，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，焊后检测，其硬度为HRC 40-42。
W: 0.6~1.0， W具有抗回火软化和提高合金硬度的作用，W更 易形成碳化物，对耐磨性的提高有良好的效果。不足0.6效果不能实现，高于i.o效果已饱和。
Mo: 0.8 1.2， Mo具有抗回火软化和提高合金高温强度的作用， 能减少高温磨耗。
V、 Nb和稀土三者都具有细化晶粒的作用，减少应力集中， 降低裂纹敏感性；V、 Nb还具有二次析出硬化效果，增加耐磨性； Nb超过0.5，则脱渣不易。
由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，其工艺 简单，不增加成本，在工件表面堆焊该合金，其耐磨损性能达到高铬 铸铁焊材的性能，同时，成型无裂纹存在，增强了抗腐蚀性能，综合 性能优于高铬铸铁，延长了工件使用寿命，以密炼机转子为例，达到 了原来的1.5倍以上；同时，因为表面成型无裂纹，还可作为制作超 强耐磨件时的过渡层硬质合金。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1 :
一种硬面堆悍材料，其化学成分以重量百分比计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当0.035， P^O.035, 其余Fe，其组份之和为100%。本实施例取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分别控制在0.035以下，其余Fe。
本发明配合以下焊接工艺能达到更好的效果
首先控制预热和层间温度高于Ms点，避免堆悍过程中，熔敷金属发生马氏体相变及淬回火效应，使整个堆焊层在堆焊完毕后，在热 处理的过程中，同时进行马氏体转变，以保证获得的组织和硬度均匀。 根据Ms点温度的经验公式
(0F)=1020-630(%C)_72(%M" )-63(0,)-36(%0 )
-3 l(o疆)-18(%Cw)-18(%她)-9(0/,)+ 27(%Cb)+ 54(0/"/)
由公式可测知，Ms点的最高温度为172°C，预热温度控制在 180~230°C (本实施例为200。C);层间温度控制在250 300°C (本实 施例为280°C)，过高则脱渣困难；而在焊后的回火处理上，高铬铸 铁焊材通常在500-55(TC,在此温度上回火，除了应力消除外，更多 的是考虑合金硬度不受回火的影响，以获得更高的耐磨损性能。但本 发明通过试验，发现在此温度下，应力消除效果不理想，容易产生冷 裂纹，温度过高，超过65(TC，则合金硬度下降，耐磨性下降，因此 合理的回火温度应控制在550~650°C (本实施例为580~600°C)。
本发明的焊材为以钢制铁皮轧制成管状，在以合金粉末填充其间 而成药芯焊丝，直径4> 1.6mm,采用MIG悍接方法焊接，焊接条件: U=28V， I=280A，混合气体流量18L/min。在工件上焊接两层，表面 成型无裂纹，平均硬度HRC 48-50，在工况条件下试用，六个月后， 最深磨损量在l.Omm， 一年后1.5mm,预计使用寿命在5年以上。是 现在使用的高铬铸铁焊材的平均3年的1.5倍以上。
由上述说明和试验可知，本发明能很好的解决目前市场上密炼机 的胶料接触件的耐磨耐腐问题，工件制作成本并没有增加，使用寿命 却得到了延长。实施例2:
本实施例取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分别控制在0.035 以下，其余Fe，焊后检测，其表面成型无裂纹，平均硬度HRC 52-54。
余同实施例1。
权利要求
1、一种硬面堆焊材料，其特征是其化学成分以重量百分比计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，其组份之和为100％。
2、 如权利要求l所述一种硬面堆焊材料的应用，其特征是预热 温度为180~230°C，层间温度为250 300°C，回火温度为550 650°C 。
全文摘要
本发明公开了一种耐磨、耐腐、成型无裂纹的堆焊合金材料及其应用，其特征是其化学成分以重量百分比计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，其组份之和为100％，与之所配合的焊接工艺流程是预热温度为180～230℃，层间温度为250～300℃，回火温度为550～650℃，本发明工艺简单，不增加成本，在工件表面堆焊该合金，其耐磨损性能达到高铬铸铁焊材的性能，同时，成型无裂纹存在，增强了抗腐蚀性能，综合性能优于高铬铸铁，延长了工件使用寿命，以密炼机转子为例，达到了原来的1.5倍以上；同时，因为表面成型无裂纹，还可作为制作超强耐磨件时的过渡层硬质合金。
文档编号B23K35/30GK101439445SQ200710036179
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月19日 优先权日2007年11月19日
发明者于燕芳, 秦佳辉, 罗军雷, 钢 贺 申请人:益阳橡胶塑料机械集团有限公司