[发明专利]一种镍韧化高铬铸铁型自保护堆焊药芯焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种镍韧化高铬铸铁型自保护堆焊药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

堆焊作为一种绿色制造工艺，广泛应用于各类耐磨部件的修复或再制造。由于成本低廉加之便于制备，以M₇C₃型碳化物(M＝Cr，Fe)为耐磨骨架的高铬铸铁堆焊合金得到广泛应用。高铬铸铁堆焊合金过共晶组织中粗大的M₇C₃型碳化物，一方面对于提高耐磨性多有裨益，另一方面其本身容易出现冶金缺陷及微裂纹，脆性很大，成为堆焊合金在服役过程中发展成为宏观裂纹甚至开裂破坏的重要原因。因此，克服传统高铬铸铁型堆焊合金抗裂性差的缺陷，是近年来发展堆焊技术的一个热点课题。

通常采用降低C及合金元素含量的办法，使得高铬铸铁型堆焊合金由过共晶组织向亚共晶组织转变，以获得足够的韧性；然而降低C及合金元素含量会同时导致堆焊合金硬度明显下降，耐磨性也无法得以保证。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种镍韧化高铬铸铁型自保护堆焊药芯焊丝及其制备方法。

技术内容：为实现上述技术目的，本发明提出一种镍韧化高铬铸铁型自保护堆焊药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，所述的药芯成分质量百分含量范围如下：55～65％的高碳铬铁，16～24％的镍粉，0.5～1％的60目石墨，1～2％的200目石墨，1～5％的60目硼铁，1～3％的200目硼铁，1～2％的60目铝镁合金，1～2％的200目铝镁合金，1～2％的60目锰粉，1～3％的200目锰粉，余量为铁粉，药芯粉末按本发明焊丝总重的50-56％。

最为优选，所述的高碳铬铁含碳量为9～10wt％，含铬量为60～70wt％，其余为铁；所述的硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁；所述的铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁。

优选地，所述药芯中不同粒度的石墨：60目的石墨和200目的石墨，并以质量比0.5～1：1～2组合的方式加入。

优选地，所述药芯中不同粒度的硼铁：60目的硼铁和200目的硼铁，并以质量比1～5：1～3组合的方式加入。

优选地，所述药芯中不同粒径的铝镁合金：60目的铝镁合金和200目的铝镁合金，并以质量比1～2：1～2组合的方式加入。

优选地，所述药芯中不同粒径的锰粉：60目的锰粉和200目的锰粉，并以质量比1～2：1～3组合的方式加入。

优选地，所述药芯中，所述药芯中的高碳铬铁、镍粉及铁粉组分的粒径均等于80目。

优选地，所述药芯中，所述低碳钢带厚度×宽度为0.5×21mm。

优选地，所述药芯中，所述焊丝的直径为2.8mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm和4.2mm中的任意一种。

上述镍韧化高铬铸铁型自保护堆焊药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形，然后通过送粉装置将本发明的药芯粉末按本发明焊丝总重的50-56％加入到U形槽中；

(2)将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.8～4.2mm，得到最终产品。

在上述药芯中各组分主要作用如下：

高碳铬铁：向堆焊金属中过渡合金元素Cr，并提供C元素。

镍粉：扩大基体组织中奥氏体相，并固溶强化基体组织。

硼铁：脱氧，降低熔池表面张力，改善焊道成形。

石墨：提供C元素，脱氧形成CO，并降低焊接气氛中的氧分压和氮分压。

铝镁合金：脱氧，固氮，增强自保护效果。

锰粉：脱氧，增强自保护效果；过渡合金元素Mn。

由上述技术方案和药芯中各组分的作用简述可以明了，本发明由于在药芯中添加了较大含量的Ni元素，其在堆焊合金组织中聚集于基体之中，其作为一种奥氏体形成元素，将有效增加奥氏体物相，这将极有利于改善合金韧性，提高其抗裂性。另一方面，Ni存在于基体中起到固溶强化作用，也起到一定的强化效果。堆焊组织由先析M₇C₃碳化物，M₃C碳化物，马氏体和Ni固溶强化的奥氏体构成，该微观组织是堆焊合金具有优良耐磨性的基础。