一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝

摘要

一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝属于焊接材料领域。焊丝由钢带外皮和芯部粉末组成，钢带外皮采用低碳钢钢带，其特征在于芯部粉末元素包括硅、锰、硼、碳和碳化钨颗粒；耐磨堆焊药芯焊丝各组分的质量百分比分别为：硼1～3%，碳0～1.5%，铌0～3%，镍0～5%，碳化钨20～40%，锰2%，硅1%，余量为铁；所述芯部粉末中碳化钨颗粒为铸造碳化钨，尺寸在100～300μm。本发明可广泛应用于冶金、石油、矿山、电力、建材等行业的耐磨机械件上，既可以用于修复已磨损件也可以用来制造新的耐磨件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，属于焊接材料领 域。本发明可广泛应用于冶金、石油、矿山、电力、建材等行业的耐磨机械 件上，既可以用于修复已磨损件也可以用来制造新的耐磨件。

背景技术

全世界每年钢材料消耗量达7亿吨以上，其中有50％是由于材料磨损而 消耗掉了，我国耐磨件的磨损性普遍低于国外先进水平。仅就我国电力、建 筑材料、冶金、采煤和农机五个部门不完全统计，每年消耗金属材料达300 万吨以上，再加上能源消耗及因更换零件而停工等损失高达几十亿元。尤其 是应用于矿山、水泥等领域的大型机械，在使用过程中由于局部磨损、损伤 而无法继续使用，损耗巨大。

碳化钨堆焊合金由于高硬度碳化钨颗粒的存在，使其具有很高的抗磨粒 磨损性能，被广泛地用于具有强烈磨粒磨损条件下的零件上。碳化钨材料的 堆焊，传统方法是管状焊丝采用高频加热和气焊进行，以减少碳化钨的熔 化；而认为采用电弧堆焊会使碳化钨颗粒大部分熔化，导致耐磨性下降。近 年来，国外出现了大量的碳化钨药芯焊丝，采用电弧堆焊在性能上与传统的 气焊和高频加热相差不大，但碳化钨药芯焊丝几乎都是镍基药芯焊丝，成本 较高，所以开发一种价格低廉，耐磨性较好的碳化钨增强铁基堆焊合金具有 重要意义。

发明内容

本发明的目的在于用显微硬度很高的铸造碳化钨作为主要硬质相，大大 提高堆焊合金的耐磨性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由钢带外皮和芯部粉末组 成，钢带外皮采用低碳钢钢带，其特征在于芯部粉末含有元素硼、碳、铌、 镍、碳化钨颗粒和锰、硅。耐磨堆焊药芯焊丝各组分的质量百分比分别为： 硼1～3%，碳0～1.5%，铌0～3%，镍0～5%，碳化钨20～40%，锰2%，硅 1%，余量为铁。

在堆焊过程中，各元素的过度系数分别按如下数据处理：Nb－90%；B －90%；Mn－80%；Si－90%；C－90%；Ni－90%。

药芯焊丝中主要成分作用如下：

碳：是强烈的奥氏体形成元素，并能降低Ms点。适量的碳对堆焊合金的 耐磨性有一定的好处，但含量过高堆焊合金的脆性会变大，从而使堆焊合金 的韧性下降。因此本发明涉及堆焊合金中C含量为0～1.5wt.%。

硅：Si能脱氧，并具有强烈的固溶强化作用，增加淬硬性以及回火稳定 性，而且可降低液态金属表面张力。

锰：具有良好的脱氧和脱硫作用，与硅进行联合脱氧效果更佳，并具有 较强的固溶强化作用；能提高脆硬性。

硼：由于B在基体中特别是γ中的固溶度非常小，最大只有0.004%～ 0.008%。所以，随着γ的长大，B元素被排挤在其周围，当达到共晶温度时， B的含量接近3.8wt.%，发生了共晶反应形成硼化物，因此提高宏观硬度和耐 磨性。堆焊合金硬度及相对耐磨性随着硼含量的增加而提高，堆焊合金硼化 物体积分数随着硼含量的增加而增加。

铌：铌是强烈的碳化物形成元素。极细的碳化铌颗粒均匀分布于组织 中，在结晶时作为外来核心，从而细化组织。含铌碳化物硬度很高，达 2200HV，弥散分布于基体中，对基体起到强韧化作用。

镍：Ni是奥氏体化形成元素，同时也是优良的韧性金属，可以增强堆焊 合金的韧性，提高堆焊合金的抗裂性。Ni不溶于碳化物，而无限固溶于铁， 有扩大铁的奥氏体相区的作用，有助于降低合金的临界冷却速率，同时也使 Ms点降低。

本发明的主要特点是通过在药芯粉末中加入大量的铸造碳化钨，用它来 作主要硬质相，起到耐磨骨架的作用，而通过Nb和B调整基体的组织和硬度 使其对硬质相碳化钨起到良好的支撑作用，使作为硬质相的碳化钨与基体形 成良好的配合，最后通过少量的Ni元素来改善堆焊合金的韧性，最终得到具 有良好耐磨性的堆焊合金。

附图说明

图1实例2金相组织图；

图2实例3扫描电镜图；

图3实例3堆焊合金的XRD图；

图4实例1-10堆焊合金相对耐磨性变化规律。

具体实施方式

本发明的药芯焊丝不受上述实例的限制，任何在本发明的权利要求书要 求保护的范围内的变化和改进都在本发明的保护范围之内。

选用12×0.5（宽度为12mm，厚度为0.5mm）的H08A低碳钢带为药芯焊 丝外皮，先将其轧成U形。碳化硼、碳化硅、硅铁、硼铁、铌铁、电解锰、 金属铁粉、镍粉、铸造碳化钨等配制成药粉。将所选取的各种粉末加入混粉 机内混合30分钟，然后将混合均匀的粉末加入U形H08A低碳钢带槽中，填充 率42－48%，然后将U形槽合口，把药粉包裹其中。接着使其分别通过 3.3mm、2.9mm、2.7mm、2.5mm、2.3mm、2.1mm、1.8mm、1.6mm的拉丝 模，逐道拉拔、减径，最终使其直径达到1.6mm。

具体实例如下：

1、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；B1%；WC40%；Fe余量。药芯焊丝填充率：48%。采用钨极 氩弧焊的焊接工艺参数为：电流150A，气体流速10L/min；堆焊层熔敷金属 洛氏硬度为61HRC。

2、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳0.6%；B1%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：44%。 用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层熔 敷金属洛氏硬度为59HRC，耐磨性良好。

3、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳0.6%；B2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：44%。 采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层 熔敷金属洛氏硬度为63HRC，耐磨性良好。

4、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳0.6%；B3%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：44%。 采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层 熔敷金属洛氏硬度为65HRC，耐磨性良好，抗裂性一般。

5、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳1.5%；B1%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：42%。 采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层 熔敷金属洛氏硬度为62HRC，耐磨性良好。

6、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳1.5%；B2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：42%。 采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层 熔敷金属洛氏硬度为64.5HRC，耐磨性良好，抗裂性一般。

7、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳1.5%；B3%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝填充率：42%。 采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速10L/min；堆焊层 熔敷金属洛氏硬度为66.5HRC，耐磨性良好，抗裂性一般。

8、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳1%；B1.5%；铌0.5%，镍2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝 填充率：43%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速 10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为58HRC，耐磨性良好，抗裂性良好。

9、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳1%；B1.5%；铌3%，镍2%；WC30%；Fe余量。药芯焊丝 填充率：43%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速 10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为57.5HRC，耐磨性良好，抗裂性良好。

10、一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝成分重量比为：Mn 2%；Si1%；碳1%；B1.5%；铌1%，镍5%；WC20%；Fe余量。药芯焊丝 填充率：42%。采用钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：电流140A，气体流速 10L/min；堆焊层熔敷金属洛氏硬度为55HRC，耐磨性良好，抗裂性优异。

对各实施例所制备堆焊合金进行的磨粒磨损方法如下：

采用MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机进行。磨损试样尺寸为57 ×25.5×16（mm），试验参数如下：橡胶轮转速240r/min，橡胶轮直径 178mm，橡胶轮硬度60绍尔，载荷100N，磨料为40-70目石英砂，预磨1000 转，精磨3000转。在试验前后都将试样放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，试验中用45淬火钢作为对比试样，对比件失重量与 测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。

相对耐磨性