[发明专利]一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法

说明书

一种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法，采用包括经过粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结和粉粒筛分等步骤而制备粒度10～15目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，优化配置复合粉粒组分，控制堆焊电流值440～460A，分层调控焊速，进行埋弧堆焊而使复合粉粒熔体与实心焊丝熔滴完全熔合为一体化堆焊熔池，从而获得以碳化钛相为主要耐磨相的铁基堆焊合金。该复合粉粒可应用于800℃以下磨粒磨损工况的零部件堆焊耐磨合金层，如单辊破碎机的齿头。

技术领域

本发明属于耐磨堆焊技术领域，具体涉及一种碳化钛(TiC)相增强铁基堆焊合金的复合粉粒及其应用方法。

背景技术

碳化钛(TiC)作为一种显微硬度高达3200HV和熔点高达3140℃的硬质相，在硬质合金、高温合金等材料经常用作增强相。该碳化物在800℃下与空气基本不发生反应，在金属中导电性和导热性较好。TiC作为铁基合金的增强相，与基体等相组织热膨胀和热收缩的同步性较好，且热稳定性高。因而，TiC常被用作增强相，也用来调节高铬合金的碳化物形态，改善其韧性及耐磨性，但很少用作主耐磨相，主要难题在于：Ti属于一种化学属性活泼的合金元素，满足安全性、经济性且大量加入的工艺难题未能解决。

工业用TiC粉体多用碳黑还原TiO₂来制备，反应温度1700-2100℃，反应如方程式所示：TiO₂+2C→TiC+CO₂。由该反应所制备的TiC粉末较为经济。但是，上述两相TiO₂与C在封闭体系发生反应，对于堆焊熔池这种多组分开放体系环境，上述反应不能发生。到目前为止，尚未看到采用(TiO₂粉末+石墨或碳黑)还原法制备TiC相增强铁基堆焊合金的相关成功实例。

作为一种性能可靠且经济的耐磨合金，铁基堆焊合金所含TiC增强相主要通过原位析出或者外加TiC颗粒等形式产生。原位析出TiC相需要在焊条药皮或者药芯焊丝中加入钛铁、石墨等含钛和含碳组分，然后Ti原子和C原子优先结合而先期析出TiC相，优点是TiC相与基体等相组织结合良好。但是，原位析出的TiC相颗粒过于细小，通常只能起到细化晶粒、提高合金强度及硬度的作用，在改善耐磨粒磨损性能等方面的作用并不明显。为此，不少科学工作者探索提高堆焊合金所含TiC相体积分数的工艺措施。外加TiC量小时，其与原位析出TiC相作用类似，但与基体等相组织结合不理想。外加大量TiC颗粒的研究工作一直进展不大，主要症结在于：TiC量大的堆焊熔体成型不良。由于TiC相增多，堆焊熔体的流动性变差，易产生未熔合、气孔和夹渣等缺陷，严重影响堆焊合金的质量。埋弧焊时，熔渣与堆焊合金牢固板结，脱渣极为困难，这主要是合金所固溶的钛原子与表面氧化物等晶格牢固结合在一起而难以脱渣。不仅如此，加入钛铁量或者TiC相过高，所释放出的单质Ti原子数量愈多，冶金反应烈度愈高，飞溅大，钛组元氧化损耗大，可过渡到合金的钛量偏少。鉴于上述情况，在药芯焊丝、药皮焊条等商用焊接材料中，TiC相析出量较为有限，这是目前有关TiC相增强铁基堆焊合金的现状。

然而，TiC相在中高温磨粒工况所表现出的良好属性，开发以TiC相为主要耐磨相的复合粉粒等铁基焊接材料仍然非常迫切，这使温度800℃下的耐磨粒磨损工况的零件有了经济和可靠的堆焊材料选择，如用来破碎炙热矿渣的单辊破碎机齿头等工件。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有焊接材料存在的上述欠缺，提供一种碳化钛/TiC相增强铁基堆焊合金的复合粉粒。

本发明的上述目的通过下述技术方案实现：

该种碳化钛相增强铁基堆焊合金的复合粉粒，采用粉末组分过筛称量、粉末组分干混、向混合粉末添加水玻璃湿混、湿粉体旋转粘合造粒、粉粒低温烧结、粉粒筛分的制备工艺步骤而制成粒度10目～15目的复合粉粒；