[发明专利]一种自保护明弧堆焊奥氏体基体药芯焊丝及其应用方法

说明书

本发明公开了一种自保护明弧堆焊奥氏体基体药芯焊丝及其应用方法。其药芯焊丝采用H08A冷轧薄钢带为外层包皮，配以高碳铬铁、铌铁、硅铁、超微细石墨和超细化铝粉以及其它金属粉末构成粉芯，形成以奥氏体为基体和其中析出粗大的NbC为主耐磨相以及沿晶离散分布的M₂₃C₆型碳化物为辅助耐磨相组织结构的堆焊合金。采用粉芯中超微细石墨在70～80℃烘干两小时，以使超微细石墨颗粒充分吸附一定数量的空气而具有一定的燃爆性；利用其爆发性激使Al₂O₃形成微细烟尘而在电弧吹力作用下驱散去除，但爆发力不足以使其它较粗组分颗粒予以驱散，获得残渣量极少的焊缝，其优异耐磨性，可用于中高温和冲击载荷频变等复杂磨损工况，且堆焊时不产生气孔。

技术领域

本发明属于堆焊药芯焊丝技术领域，具体涉及一种可用于中高温和载荷复变工况的耐磨粒磨损要求零部件的自保护明弧堆焊奥氏体基体药芯焊丝及其应用方法。

背景技术

作为一种经济适用且可靠的工艺，药芯焊丝自保护明弧焊方法应用于快速制造和再制造先进机械零件耐磨合金层，如：磨煤辊、衬板和破碎机齿头等。但是，上述零件粉碎作业时，常因粉料硬度波动过大而造成磨损表面冲击载荷频变，耐磨合金所含脆性变态共晶极易开裂，造成工件表面金属脱落，形成“掉渣”现象而使之过早失效。

堆焊合金的耐磨性与显微组织中的主耐磨相，如初生碳化物的体积分数相关，韧性取决于基体组织数量及其分布。在铁素体、马氏体和奥氏体等三种基体中，铁素体偏软，但是为高碳型高铬和高硼合金的主要基体；低碳马氏体强韧性高，但在中高碳型高铬合金或者高硼合金难以形成；以奥氏体为基体的高锰钢、钴基和镍基合金等具有良好的韧性，且奥氏体基体的高温强度高，但在常温低应力磨粒磨损工况下表现不理想，主要因为该奥氏体合金组织主要由初生胞状奥氏体和沿晶分布的树枝状或者网状硬质相组成，其中胞状奥氏体往往过于粗大，使得磨粒易于锲入并易于平滑显微切削，因而耐磨粒磨损性能低。含较高硼的的镍基和钴基合金高温强度高，中高温工况下的耐磨性表现较好，突出缺点是价格昂贵和冷热疲劳性能差，若用于烧结矿单辊破碎机的齿头堆焊或者修复，仍然存在使用周期偏短的缺点。

烧结矿单辊破碎机的齿头处在750～1000℃的高温环境下，破碎大块烧结矿饼，通常先与炙热的高温矿渣接触后，然后喷水冷却降温。这些大块烧结矿饼因成分不均匀而使之显微硬度波动大，对单辊破碎机齿头表面造成较大的高温、冲击和磨粒磨损。目前，该单辊破碎机齿头部分基于经济适用等原则，通常采用高铬系耐磨合金作为堆焊材料，使用寿命偏短，主要因为高铬系合金铁素体基体高温强度低；而该合金长期处于750～1000℃工况环境，铁素体软化严重，在频繁的冷热和复变冲击载荷作用下，在其脆性变态共晶(α-Fe+M₇C₃)或(α-Fe+Fe₃C)区易萌生裂纹，导致堆焊层过早剥落失效。不仅如此，烧结矿单辊破碎机的齿头堆焊层厚度至少需要12～20mm以上，厚度越高，残余应力累加值越大，韧性不足的高铬合金在明弧堆焊时就已出现宏观横裂纹，虽然焊缝开裂可释放一部分残余应力，但随后这些裂纹随后在冷热疲劳和复变冲击载荷作用下容易扩展，造成合金层崩裂而失效，而以奥氏体为基体的堆焊合金则可通过奥氏体组织的塑性变形而降低或者消除残余应力。

但是，传统以Ni和Mn制备的奥氏体基体的耐磨堆焊合金存在一个突出的工艺问题：由于高温下奥氏体熔体较为粘稠，致使其气孔敏感性大，在明弧堆焊快速冷却条件下，极易出现密集气孔等缺陷而使奥氏体基体堆焊合金层失去可用性。不仅如此，堆焊合金加入高含量Ni，这使之材料成本高而不为市场所接受；以高锰为主的奥氏体堆焊合金则存在变形大的明显缺点。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种既有优异耐磨性，又可用于中高温和冲击载荷频变等复杂磨损工况，且堆焊时不产生气孔等缺陷的一种经济型的自保护明弧堆焊奥氏体基体药芯焊丝。