一種高鉻鑄鐵堆焊材料及工藝制造技術

本發明專利技術提供了一種高鉻鑄鐵堆焊材料及工藝。該材料是選用相對較低的碳，鉻含量并加入促進鐵素體形成元素鉬和釩，使之形成鐵素體基的亞共晶高鉻鑄鐵合金。它既保留了較高的塑性與韌性，又具有較高的強度與硬度。在焊接工藝方面采用構筑堆焊槽和邊緣過渡等技術，可有效地防止剝離，提高磨損抗力，從而減少工件磨損失效。本發明專利技術不需熱處理就可應用于高應力磨損和沖擊磨損，是比較理想的高鉻鑄鐵堆焊材料及工藝。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于焊接材料及工藝，特別適用于高鉻鑄鐵堆焊技術。眾所周知，高鉻鑄鐵是一種優良的耐磨材料，將高鉻鑄鐵耐磨技術應用于焊接領域，便可產生一系列高鉻鑄鐵堆焊材料。目前就高鉻鑄鐵焊接材料而言大致分為三大類。第一類為奧氏體型占高鉻鑄鐵材料的大部。通常有較高的含碳量，組織為奧氏體，耐低應力磨料磨損的能力較好且較經濟。但脆性較大，焊接熱循環下容易開裂，不能承受沖擊載荷。第二類為可硬化型材料的含碳量較低，焊態下為奧氏體，韌性優于奧氏體型材料。可用于耐低應力磨料磨損和氧化磨損。其最大優點是能夠淬硬強化，強化后可勝任高應力磨損和沖擊磨損。此種材料性能優良，適合在各種條件下服役；但不通過熱處理就難以發揮其內在的潛能。第三類為Mo.W強化型這種材料是在一二類材料的基礎上加入合金元素Mo和W，以提高材料的紅硬性，加強高溫條件抵抗磨損的能力，本質上與前兩類并無區別。以上三大類包容了我國現有的高鉻鑄鐵焊接材料。經查新檢索出的《硬化表面堆焊合金的應用選擇及其堆焊法》推薦的高鉻鑄鐵材料中，3A1為可硬化類；3A3、3A4、3A5為奧氏體類；3A2、3B1～4為Mo、W強化型。這些類型的高鉻鑄鐵焊接材料中尚存在一處空白，即無需熱處理而能用于沖擊磨損的材料。在現有技術中，能應用沖擊磨損的必經熱處理；而不經熱處理就難以用于沖擊磨損。經研究認為，對高鉻鑄鐵性能影響的主要因素是碳化物的存在形式。高鉻鑄鐵中的碳化物一般為(Fe，Cr)7C3，有一次和共晶兩種形態。當處于過共晶成分時，組織中存在大量的一次碳化物。隨一次碳化物量增多，抵抗低應力磨料磨損能力增強，這也是奧氏體型高鉻鑄鐵材料有較高的含碳量與含鉻量的原因。但在沖擊條件下卻恰恰相反，由于一次碳化物為先析出相，其晶核長大受到阻礙較小，組織比較粗大。在沖擊載荷作用下，粗大的破化物易發生碎裂，從表面剝離，同時使其周圍的基體暴露，雙重結果都使耐磨性下降。這是奧氏體型高鉻鑄鐵材料不適于沖擊載荷的根本原因。由于造成材料脆性的一次碳化物是在結晶過程中產生的，因而也無法通過簡單熱處理的方式加以解決。綜上所述，在現有的高鉻鑄鐵材料中，還沒有不需熱處理就可用于高應力磨損和沖擊磨損的材料。而且現有的焊接工藝也存在較多弊端。由于高鉻鑄鐵材料具有很大的脆性，在焊接應力下易產生裂紋。為減少裂紋傾向，通常要求預熱500℃左右，層間溫度不低于400℃，焊后及時保溫緩冷。此工藝有三個顯著缺點第一，由于焊接部位長時間停留在高溫狀態，基體組織碳化物長大傾向嚴重，使材料脆性增加；第二，預熱溫度高，造成生產率低，浪費能源；第三，大型工件往往是因預熱條件不足而難以堆焊。本專利技術的目的是提供一種不需熱處理就可應用于高應力磨損和沖擊磨損的新型材料，即在焊態下為鐵素體基的亞共晶高鉻鑄鐵材料及配套的焊接工藝。利用堆焊高鉻鑄鐵的方法可有效地防止剝離，提高磨損抗力，從而達到減少工件磨損失效的目的。本專利技術的主要內容包括材料專利技術和工藝專利技術兩部分。材料部分的核心是成分，設計成份的主要出發點為1.材料耐磨料磨損能力強，耐沖擊性能高、韌性好。2.焊態下控制組織能力強。3.堆焊材料對焊接工藝的要求要寬松。4.合適的成本。依據上述構想，本專利技術設計的高鉻鑄鐵堆焊材料熔敷金屬的成分含量為(Wt％)C2.0～3.0，Si0.9～1.4，Mn0.5～1.0，Cr18～25，Mo1.5～3.0，V0.5～2.0本專利技術的材料同現有材料相比具有如下特點1.一般高鉻鑄鐵堆焊材料中，常加入利于奧氏體形成元素Ni、Co等。如我國的D667焊條，加入3～5％Ni，再如澳大利亞VIDALLOY公司的高鉻鑄鐵堆焊材料，加入6％Co，這些元素的加入可以改善奧氏體組織，增加韌性。其缺點是Ni、Co元素較昂貴，加入量少時效果不明顯。本專利技術采取了另外的途徑，改變基體組織形態，材料中加入鐵素體形成元素Mo和V，使基體組織為鐵素體。這種鐵素體固溶了較多的合金元素Cr、Mo和V，其顯微硬度可達到HV＝430～480。既保留了鐵素體組織較高的塑性與韌性，又具有足夠的強度與硬度；2.全部碳化物為塊狀共晶碳化物，研究中發現，當含C量超過3％，含鉻量超過26％時，合金中出現一次碳化物。而當含Cr量低于18％時，碳化物只沿初生相晶界生長，起不到抗磨骨架作用。因此，本專利技術確定含碳量在2.0～3.0％，含Cr量在18～25％是最合適的；3.本專利技術加入的Mo、V合金元素還有提高材料的紅硬性，細化晶粒等作用。經600℃回火，硬度不僅沒有下降，而且還提高了1.5HRC；4.材料成本較低。工藝部分包括三方面1.不預熱、不后熱；2.構筑堆焊槽；在母材上即將堆焊的部位，事先用低碳鋼板拼焊成隔板，縱橫隔板將待焊部位分隔成一個個小格子，每小格子就是一個堆焊槽，在堆焊槽內堆焊合金。堆焊槽可以是方形，也可以是圓弧形，堆焊槽高度等于堆焊高度。這種堆焊槽的主要作用是(1)拼板起到堆焊合金的骨架作用。拼板與母材的接合強度大于高鉻鑄鐵與母材的接合強度，能夠保證堆焊合金組成一個整體，不會在沖擊下大塊脫落。(2)由于鋼板的塑性變形能力大大強于高鉻鑄鐵，因而冷卻時的焊接塑性變形集中于拼板，合金受到的焊接應力大大降低，裂紋傾向隨之減小。同時，拼板還可成為裂紋擴展的阻礙，起到止裂作用。(3)拼板起到減小焊道長度的作用，使單道長度減小，裂紋敏感性隨之降低。3.邊緣過渡當母材也是裂紋敏感性較大的材料，如高碳鋼，灰口鑄鐵、白口鑄鐵等，堆焊過渡間是必要的。具體作法是沿待焊面的邊緣先用軟性焊條施焊一周軟化帶，堆焊合金的首尾焊縫都起止于軟化帶上，首尾與軟性地區相交，中間部位直接施焊于母材，可以有效地防止剝離。不采用過渡，堆焊合金的邊緣剝離嚴重。整個待焊面全部采用過渡時，母材部分很可能成為落弱環節，易從母材處撕裂。利用本專利技術堆焊高鉻鑄鐵合金，焊態下不僅可應用于低應力磨損，還可應用于高應力磨損及沖擊條件下磨損。在沖擊磨損條件下工作，其抗磨能力與熱處理優于硬化型高鉻鑄鐵材料，焊接厚度可達100mm。實施例利用上述專利技術，成功地堆焊了鞍鋼燒結總廠單齒輥破碎機。單齒輥是燒結生產中的重要設備。燒結機把焊結好的塊料從機尾傾瀉到固定的篦板上，單齒輥破碎齒在篦板的空隙間旋轉，通過破碎齒的剪切，使大塊的燒結礦得到破碎。在破碎過程中，單齒輥要受到溫度高達800℃的熾熱燒結礦的沖擊、剪切、擠壓等綜合作用，屬高溫沖擊式磨料磨損，磨損情況非常嚴重。利用本專利技術的焊接材料和工藝對單齒輥進行堆焊修復。使用的焊接材料成分含量為(w％)C＝2.5，Si＝1.1，Mn＝0.9，Cr＝23，Mo＝2.5，V＝1.5。修復的單齒輥長7米，重34噸，為國內第二大單齒輥設備。其破碎齒和輥面采用耐磨材料，破碎齒為鑄造高鉻鐵(含碳4.5％，含鉻28％)，磨損深度為40～160mm，輥面為高鉻鋼，磨損深度為5～40mm。由于含碳量高，合金脆性大，使用中又經反復的沖擊，因此待焊面裂紋非常嚴重、部分合金甚至用手錘就可將其擊掉，堆焊難度極大，用傳統材料和工藝根本無法實施。利用本專利技術中的材料及工藝方法堆焊修復取得較好效果，不僅全部恢復了尺寸，而且使用壽命也有所提高。利用本專利技術，先后修復單齒輥4個，與單齒輥配套使用的篦板26塊，最低使用壽命達到原品，節約費用約500萬元。權利要求1.一種高鉻鑄鐵堆焊材本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高鉻鑄鐵堆焊材料，通常是由高碳、高鉻和一定量的鎳、鈷等合金元素組成的奧氏體基過共晶合金，其主要特征在于：相對較低的碳、鉻含量并加入鉬，釩合金元素，使之形成鐵素體基亞共晶高鉻鑄鐵合金，其成分含量為（ｗｔ％）：Ｃ２．０～３．０，Ｓｉ０．９～１．４，Ｍｎ０．５～１．０，Ｃｒ１８～２５，Ｍｏ１．５～３．０，Ｖ０．５～２．０。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：付魁軍，高輝光，龐兆夫，
申請(專利權)人：鞍山鋼鐵公司，鞍山鋼鐵公司鋼鐵研究所，
類型：發明
國別省市：21[中國|遼寧]