[发明专利]以复合粉粒和实心焊丝为堆焊材料制备高硼合金的方法

说明书

本发明公开了一种以复合粉粒和实心焊丝为堆焊材料制备高硼合金的方法。本发明主要是，它采用包括由各种粉末组分经混合、粘结、造粒、烧结和过筛而形成特定粒度的复合粉粒以及充当电弧载体的H08A实心焊丝作为堆焊材料，进行自保护明弧堆焊，使复合粉粒熔体和H08A实心焊丝熔滴熔合为一体化熔池，冷却凝固形成以初生硼化二金属元素/M₂B为主耐磨相的组织结构的高硼合金。本发明方法具有成型速度快、经济和简便的优点，所制备高硼合金可应用于磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨层，如混凝土输送管内壁。

技术领域

本发明属于耐磨堆焊技术领域，具体涉及一种以复合粉粒和实心焊丝作为堆焊材料而制备高硼合金的方法。

背景技术

硼合金因析出一定数量的显微硬度高的Fe₂B(1400～1500HV)等硬质相而呈现较好的耐磨粒磨损性能。我国硼相对资源丰富，合金加硼可减少W、Mo、Nb和Cr等贵重组分消耗。如果合金形成了以硼化物为主耐磨相的组织结构，通常称之为高硼合金。

目前，制备高硼合金的方法主要有：表面渗硼、铸造、堆焊以及激光和等离子弧熔敷等。由于硼原子的半径比碳原子的半径大，合金渗硼的时间较长，工件变形和氧化较重。因硼合金较碳合金偏脆，一般只能铸造1％B以下的硼合金，其耐磨性优点未能得到充分利用。激光和等离子熔敷方法因能量密度过于集中，所熔敷高硼合金开裂严重，极大限制了其应用范围。

高硼合金具有自脱氧性，其药芯焊丝自保护明弧堆焊焊缝成型美观，可用于快速制造和再制造零件的耐磨合金层，如混凝土输送管内壁等。但是，为使高硼药芯焊丝顺利轧制成型和拉拔减径，需要加入一定数量的石墨组分，导致高硼合金的碳含量偏高；而高硼合金碳含量越高，性能越脆。不仅如此，药芯焊丝成型机及其附属设备投资过大，日常养护复杂，这也使高硼药芯焊丝成本居高不下，难以真正惠及以之制备耐磨合金零件的广大中小民企。他们迫切需要一种既简单经济，又高效的高硼合金制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有高硼合金制备方法存在的上述缺陷，提供一种既简单经济，又高效的以复合粉粒和实心焊丝为堆焊材料制备高硼合金的方法。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该种以复合粉粒和实心焊丝为堆焊材料制备高硼合金的方法，包括如下顺序的步骤：

(1)粉末组分混合：将各粉末组分分别过筛，按照各粉末组分组成配比称量，将所有粉末倒入同一容器内，充分搅拌使之混合均匀，形成混合粉末；

所述各粉末组分组成配比为：重量百分含量为60～70％的含硼量为18％的硼铁(FeB18C0.5)；重量百分含量为14～16％的含铬量99％以上的金属铬(Cr)；重量百分含量为2～6％的含钒量为50％的钒铁(FeV50-A)；重量百分含量为2～4％的含硅量40～47％的硅铁(FeSi45)；重量百分含量为1～3％的碳化硼(B₄C)；余量为含铁量不低于98％的还原铁粉(Fe)；

(2)粘结造粒：向步骤(1)的混合粉末中分批次掺杂入液态粘结剂，掺杂期间，不断搅拌，并使混合粉体均匀旋转，形成近似球形的复合粉粒，然后敞开容器，并摊开粉粒，室温下静置1小时以定型；

(3)复合粉粒烧结：将步骤(2)的复合粉粒放入烧结炉中升温至烧结温度，保温2～4小时，然后随炉冷却至室温；

(4)复合粉粒过筛分类：出炉后的粉粒先过10目筛，去除大于10目的大颗粒；再过30目筛，去除小于30目的小颗粒，获得粒度为10～30目的复合粉粒；

(5)以复合粉粒和H08A实心焊丝作为堆焊材料制备高硼合金：设置自动焊机堆焊工艺参数，并使每次工艺参数不变；接着，在低碳钢或者低合金钢基体上，预置步骤(4)制得的复合粉粒，调整预置粉粒层高度和宽度，使单位焊缝长度上该复合粉粒重量与该段焊道上H08A实心焊丝熔化重量的比值满足预定要求；