高铬铸铁型自保护药芯焊丝堆焊组织与性能分析

高铬铸铁

第33卷第3期2009年5月

文章编号：１００７－７９１Ｘ（２００９）０３－０２１５－０５

燕山大学学报

JournalofYanshanUniversity

Vol.33No.3May2009

高铬铸铁型自保护药芯焊丝堆焊组织与性能分析

李

达1，郝飞飞1，刘庆峰2，唐丽芳3，杨庆祥1,*

（1.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北秦皇岛066004；2.大连市锅炉压力容器检验研

究所,辽宁大连116013；3.大连天亿天然气有限公司,辽宁大连116000）摘

要：研制了一种自保护高铬铸铁型药芯焊丝，对其堆焊金属组织与性能进行了分析，结果表明：堆焊金属

表面硬度达到HRC60以上，堆焊金属显微组织主要为马氏体+残余奥氏体+M7C3型碳化物；初生碳化物主要沿堆焊层向母材方向生长，其表面硬度为HV1783，侧面为HV1127；共晶碳化物围绕在初生碳化物周围生长，其显微硬度为HV830；在相同磨损条件下磨损1h后，堆焊金属相对耐磨性为Q235钢的14倍左右，在药芯中加入适量的稀土氧化物能提高堆焊金属的耐磨性。关键词：药芯焊丝；堆焊金属；显微组织；碳化物中图分类号：ＴＧ４２２．３

文献标识码：Ａ

0引言

高铬铸铁型硬面材料组织中含有大量的M7C3

1试验材料与研究方法

1.1自保护药芯焊丝的设计思路

由于本文所研制的为高硬度高耐磨高铬铸铁型药芯焊丝，因此选择Fe-Cr-C-V系合金为研究对象。其次，所研制药芯焊丝为自保护型微渣或无渣型，因此不添加任何造渣剂，而如果加入造气剂进行保护，将引起很大的飞溅、烟尘，并增大电弧吹力，影响保护效果。因此，本焊丝采用合金元素进行保护，加入锰铁和硅铁联合脱氧，加入铝镁合金及钛铁做为脱氧固氮剂，另外加入适量硼铁改善焊道表面质量。由以上分析可知本焊丝药粉主要由片状石墨、高碳铬铁、钼铁、钒铁、中碳锰铁、硅铁、硼铁、钛铁及铝镁粉等组成，外皮采用H08A低碳钢钢带。硅铁、铬铁、锰铁在使用前要进行钝化处理，以防止在实际焊接中合金元素过度的损耗，钝化工艺见表1。

表1

Tab.1

不同合金粉的钝化工艺

型碳化物，具有较好的耐磨、耐热性能，尤其是在常温和高温冲击磨损条件下更具有实用价值。同时，由于其价格低廉，广泛应用于矿山、冶金、机械等行业

[1-4]

。这些硬面材料在磨损失效后，通常

会采用药芯焊丝堆焊修复的方法恢复其尺寸与性能。在耐磨堆焊修复中，大多选用Fe-Cr-C型耐磨堆焊合金，因为其组织中含有大量的初生及共晶碳化物，拥有较高的耐磨性

[5-6]

。药芯焊丝相比手工

焊条具有效率高、成型好、飞溅小等优点[7]，而自保护药芯焊丝更可以实现不用外加气体装置，在焊道表面形成微渣或无渣，从而也可省去多层多道焊时敲渣的麻烦。因此，研制一种性能良好的微渣型自保护药芯焊丝，使堆焊金属具有高硬度、高耐磨性，从而延长耐磨零件使用寿命具有重要的意义。

本文通过多次试验研制了一种性能良好的高铬铸铁型自保护药芯焊丝，焊道硬度高，无需气体保护，焊道表面只有少量微渣。分析了堆焊金属中的碳化物类型与性质，并讨论了稀土氧化物对堆焊金属耐磨性的影响，为进一步成分优化提供依据。

收稿日期：2008-12-16

Passivationprocessofdifferentalloypowder

铬铁560

锰铁320

硅铁725

合金粉

加热温度/℃（保温1h）

基金项目：河北省科技攻关项目（04212201D）

作者简介：李达（1982-），男，陕西渭南人，博士研究生，主要研究方向为钢铁、焊接件的组织、力学性能分析及数值模拟；*通讯作者：杨庆祥（1962-），男，黑龙江齐齐哈尔人，教授，博士生导师，主要研究方向为金属材料力学行为、表面强化及数值模拟，Email：qxyang@http://www.77cn.com.cn。

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1.2药芯生产工艺流程

本实验利用自行改进的药芯焊丝生产线进行自保护药芯焊丝的研制，生产流程为：药粉的准备－钢带轧制成U型－药粉的填充－包合严实－拉拔成型－再次拉拔最终产品，如图1所示。所研制的焊丝要保证包粉量充实、焊丝表面清洁。

图1药芯焊丝生产流程示意图

Fig.1

Productionprocessofflux-cored-wire

1.3药芯焊丝堆焊工艺

采用自制药芯焊丝，利用

YM600KH型焊机在Q235低碳钢钢板上进行手工堆焊，共堆焊3层，其焊接工艺参数如表2所示。

表2焊接工艺参数Tab.2

Weldingparameters

电流/A焊丝直径/mm

电源极性

干伸长度/mm

电压/V

250~400

粉

=

粉

为配方中加入某纯金属粉末或铁合金粉

末的百分含量；为合金元素过渡系数；

１００ｍ

／

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第3期李达等高铬铸铁型自保护药芯焊丝堆焊组织与性能分析217

由图2金相组织分析及图3XRD分析可知，堆

焊金属显微组织主要为马氏体+少量残余奥氏体+碳化物。堆焊金属中主要析出M7C3型碳化物，M7C3型初生碳化物具有六方棱柱结构，表面为多边形，并且生长方向由堆焊表面向母材生长。对碳化物表面和侧面进行显微硬度测试，可知碳化物表面的显微硬度平均值为HV1783，碳化物侧面的显微硬度为HV1127。堆焊金属表面平均硬度为HRC63，高硬度的碳化物起到了耐磨骨架的作用，大大提高堆焊金属的耐磨性。另外，在药芯焊丝中加入了适量的Mo铁和V铁，由X射线中可以看出在堆焊金属中形成了Mo2C和V2C，这些碳化物可以提高堆焊金属的耐磨性，剩余的Mo和V固溶到基体中可以起到固溶强化作用。2.2.2SEM和EDS分析

图4为堆焊金属中初生碳化物与共晶碳化物的SEM图，其中初生碳化物为大块多边形，而共晶碳化物为虫状或小块状，围绕在初生碳化物周围生长，测得其显微硬度为HV830。

B

A

图4

堆焊金属碳化物形貌

Fig.4

SEMmorphologyofhardfacingmetal

由图5能谱图结合图3中X射线可以看出，初生碳化物与共晶碳化物都为(Fe,Cr

100

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2.2.4堆焊金属的耐磨性试验

在环带砂布摩擦实验机上进行简易的耐磨性实验，分别用线切割切好相同大小2种堆焊金属试样及Q235钢试样各6个。实验前记录好每个试件的重量，实验时对试件施加0.98N的压力，每10min停机用电子天平称重一次，连续实验称重6次，对6个样取平均值，得出如图6所示的耐磨性曲线，其磨损试样表面相貌如图7所示。

图7堆焊金属的耐磨性曲线

Fig.7

Wearcurvesofthehardfacingmetal

由图7可以看出，在磨损开始阶段，两种试样磨损量差别不大，而在磨损30min后，含稀土堆焊金属磨损量开始小于未含稀土堆焊金属试样。从图8也可以看出，未含稀土堆焊金属中有较深的梨沟，磨痕比较深，而且出现较多的碳化物剥落现象，因此刚开始磨损量较少，而随着碳化物的剥落，磨损量开始增加。而含稀土堆焊金属试样表面梨沟及磨痕并不明显，只有少量小块碳化物剥落现象，这是因为稀土氧化物能细化碳化物和基体组织，使碳化物呈细小弥散分布，因而使其耐磨性提高。

图8磨损试样表面形貌

Fig.8

Surfacemorphologyofwearspecimens

3结论

1）堆焊金属表面平均硬度为HRC63，其显微

组织主要为马氏体+残余奥氏体+M7C3型碳化物；

2）初生碳化物呈六棱柱状， …… 此处隐藏：4457字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……