[发明专利]一种低碳钢表面粉末埋弧堆焊用涂覆粉末及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种低碳钢表面粉末埋弧堆焊用涂覆粉末及其使用方法。

背景技术

各种机械设备、仪器仪表中的金属零件在使用过程中往往首先从表面发生破坏和失效，产品在恶劣的工况下长期运转，必然对其表面的强度、耐磨性等提出更高的要求。低碳钢冶炼工艺简单、价格较低，广泛应用于工程构件的生产制备中。但低碳钢硬度低，耐磨性差，一般不直接作为耐磨材料使用。在低碳钢表面制备铁基复合材料，具有工艺简便、成本低廉、不影响工件使用工期等特点，有效结合低碳钢基体的高延展性、高韧性和增强相的高强度、高耐磨的优点，真正达到材料表面改性的目的。目前国内外常用的方法有：表面堆焊、钨极氩弧熔覆、激光熔覆、等离子弧熔覆、表面喷涂等。堆焊技术自20世纪50年代引入我国以来，已由简单的修复技术发展为新品制造、旧品改造的重要工艺，对节能、节材、保护环境做出较大的贡献，实现了工业生产的“循环经济”和“绿色再制造”

埋弧堆焊具有生产率高、劳动条件好、堆焊金属成分稳定等优点，在大、中型零部件的修复和耐磨衬里的制备过程中得到广泛应用。

“电弧燃烧稳定，堆焊焊缝成形良好，化学成分符合要求，堆焊材料和电能的消耗少，生产率高”是选择埋弧堆焊工艺参数的原则，各工艺参数之间是相互制约的关系，处于时刻微观变化的动态平衡中。经过对现有技术的文献检索，发现目前埋弧堆焊制备得到的耐磨层存在表面不平整、硬质相分布不均匀、堆焊层与基板存在界面裂纹等问题，导致得到的耐磨层不美观、硬度不高、耐磨性差、结合强度不高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中埋弧堆焊制备得到的耐磨层存在表面不平整、硬质相分布不均匀、堆焊层与基板存在界面裂纹等问题，导致得到的耐磨层不美观、硬度不高、耐磨性差、结合强度不高的缺陷，提供一种低碳钢表面粉末埋弧堆焊用涂覆粉末及其应用方法，通过在低碳钢表面铺撒一定厚度的合金粉末混合粉料，然后进行埋弧堆焊工艺。合金粉末在高密度热源条件下熔敷在基体金属表面，原位生成的碳化铬增强相均匀分布在奥氏体基体中，从而得到的耐磨板具有良好的韧性和较高的硬度，耐磨、耐冲击性能良好。所需设备简单，操作方便，大大降低了生产成本，简化了加工工艺，提高了生产效率。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种低碳钢表面粉末埋弧堆焊用涂覆粉末，其特征在于各组分按重量百分比组成如下：

C：7％～14％；

Cr：30％～65％；

Si：0.15～3％；

Mn：1％～2％；

P：0.01％～0.04％；

S：0.01％～0.04％；

B：2～6％；

余量为Fe。

粉末的粒度为75um～100um。

一种低碳钢表面粉末埋弧堆焊用涂覆粉末的应用方法，其特征在于步骤如下：

1)工件打磨去氧化物：将低碳钢工件表面用砂轮打磨直至露出金属光泽，去除氧化物，依次用丙酮、酒精清洗后在空气中自然干燥；

2)铺撒涂覆粉末：将涂覆粉末均匀铺撒在处理好的工件表面，涂覆粉末的厚度为4～6mm；

3)埋弧堆焊：采用埋弧焊机进行埋弧堆焊，焊接电流控制在300～450A，焊接速度控制在80～120mm/min，焊丝选用含有石墨的碳素钢焊丝，直径在1.2～1.6mm之间，焊枪左右摆动，中间停留0.1s，摆幅±18mm。

作为本发明的优选方案：埋弧焊机为悬挂式埋弧焊机，焊接电流为交流，焊接方法为自动。

本发明的涂覆粉末可以采用高碳铬铁粉末、低碳铬铁粉末、锰铁粉末、碳化硼粉末均与混合而成。

本发明充分考虑各种合金元素对堆焊层成形性、结合性、裂纹敏感性及耐磨性能的影响特征；考虑C和Cr含量对耐磨堆焊层性能的影响，及Cr/C比值对所生产碳化物生长方向的影响；考虑堆焊层与基体之间冶金结合的牢固性，以及耐磨板的抗压、抗弯及可加工成形性问题。根据上述原则制定粉末埋弧堆焊工艺参数，包括：合金粉末配比、堆焊工艺参数确定等，最终达到控制低碳钢表面堆焊层质量、改善基体金属的力学性能、实现本发明增强表面耐磨性的目的。

本发明具有以下优点：

1)得到的堆焊层具有较高的硬度和良好的耐磨、耐冲击性，堆焊层与母材金属之间形成良好的冶金结合，无裂纹、夹杂、气孔等缺陷。

2)通过调节堆焊合金组分和工艺参数使堆焊层表面产生细丝状应力释放裂纹，减少堆焊合金层断裂脱落的可能性，使之不会在加工过程或在使用中出现脱落、剥离现象。