新型管狀硬面堆焊材料制造技術

本發(fā)明專利技術提供一種新型管狀硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其組分：鋼鐵２０～４０％，填充粉料６０～８０％；填充粉料的組分：球形硬質(zhì)合金粒子３５～７５％，表面處理過的鑄造碳化鎢粒子１５～４０％，球形鑄造碳化鎢粒子５～２０％，ＳｉＭｎ合金粉２～６％，樹脂粉０．２～０．６％，金屬Ｎｂ　０．１～２％。采用了韌性好的球形硬質(zhì)合金顆粒、熱穩(wěn)定性鑄造碳化鎢硬質(zhì)顆粒和球形鑄造碳化鎢顆粒，顯著提高了堆焊層的耐磨性和耐沖擊性，加入少量的Ｎｂ元素改善堆焊工藝性，提高了基體金屬的強度和韌性，增強了堆焊層的耐沖擊能力和對硬質(zhì)顆粒的固著能力，延長了堆焊層的使用壽命，該管狀硬面堆焊材料廣泛適用于鋼齒牙輪鉆頭齒面、背錐、掌尖及其他工程工具工作表面的耐磨強化。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型管狀硬面堆焊材料，用于鋼齒牙輪鉆頭齒面、背 錐、掌尖及其他工程工具工作表面的耐磨強化。
技術介紹
在石油鉆探過程中，工作環(huán)境非常惡劣，機件磨損十分嚴重，由于工 況特殊，牙輪鋼齒鉆頭齒面、背錐和掌尖需堆焊一層耐磨材料，避免鉆頭 過早磨損失效。碳化鎢是在工業(yè)上應用的除金剛石以外硬度最高、耐磨性 最好的材料之一。牙輪鋼齒鉆頭硬面材料堆焊的傳統(tǒng)工藝是采用管裝粒狀 破碎鑄造碳化鎢焊條，用氧-乙炔火焰堆焊，但是單純使用鑄造碳化鎢作 為硬質(zhì)相，由于鑄造碳化鎢較脆，而且鑄造碳化鎢在高溫熔池中會溶解， 冷卻時在鑄造碳化鎢顆粒周圍析出脆性相，在使用過程中極易受沖擊而崩 碎，從而加速鉆頭的磨損失效。而使用碳化鎢粉和鈷粉制成的球形硬質(zhì)合 金粒子作為硬質(zhì)相，雖然提高了堆焊層的耐沖擊性，但是球形硬質(zhì)合金粒 子硬度較低，降低了堆焊層的耐磨性。另外，支撐硬質(zhì)顆粒的基體金屬必 須要有較高的強度、硬度和韌性，才能有效的支撐硬質(zhì)顆粒避免脫落。如 果基體太軟，很容易被磨粒削掉，造成硬質(zhì)顆粒脫落；基體太硬，在應力 作用下堆焊層會發(fā)生脆裂，無法有效支撐硬質(zhì)顆粒，因而降低了堆焊層的 耐磨性，最終影響鉆頭的使用壽命。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種新型管狀硬面堆 焊材料，旨在有效解決基體金屬的強度與韌性之間不匹配的問題，提高堆焊層的耐磨性。本專利技術的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)新型管狀硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其組分具有如下的重 量百分比鋼鐵 20 40%， 填充粉料 60 80%;所述填充粉料的組分重量百分比 球形硬質(zhì)合金粒子 表面處理過的鑄造碳化鎢粒子 球形鑄造碳化鎢粒子SiMn合金粉樹脂粉 金屬Nb35 75%， 15 40%， 5 20%, 2 6%， 0.2 0.6%， 0.1 2% 。進一步地，上述的新型管狀硬面堆焊材料，所述球形硬質(zhì)合金粒子的 粒度為14 40目，球形硬質(zhì)合金粒子由WC粉與Co粉燒結而成，WC粉 粒度為1 15pm， Co粉粒度為0.8 1.2pm， Co粉含量為3 8% 。更進一步地，上述的新型管狀硬面堆焊材料，所述表面處理過的鑄造 碳化鎢粒子的粒度為40 100目，粒子心部為鑄造碳化鉤，外面包裹一層 納米級碳化鴇粒子。更進一步地，上述的新型管狀硬面堆焊材料，所述球形鑄造碳化鴨粒 子的粒度為80 325目。更進一步地，上述的新型管狀硬面堆焊材料，所述SiMn合金粉中Si 的重量含量為14 20%， Mn的重量含量為60 72% 。再進一步地，上述的新型管狀硬面堆焊材料，所述樹脂粉為酚醛樹脂。再進一步地，上述的新型管狀硬面堆焊材料，金屬Nb的加入形式為 純金屬元素或含Nb元素合金粉或含Nb元素氧化物，或上述一種或任意幾種的混合物。再進一步地，上述的新型管狀硬面堆焊材料，管皮為低碳鋼，巻成圓管狀，管皮厚度為0.2 0.4mm。本專利技術技術方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在本專利技術在堆焊焊條填充粉料中采用了韌性好的球形硬質(zhì)合金顆粒、熱 穩(wěn)定性鑄造碳化鎢硬質(zhì)顆粒和球形鑄造碳化鉤顆粒，綜合利用發(fā)揮了各自 特點，球形硬質(zhì)合金粒子主要組成為球形粒子，減少了外力作用下引起的 應力集中，鑄造碳化鎢經(jīng)過表面處理減少了高溫燒蝕，大大提高堆焊層的耐磨性；同時由于在填充粉料中添加了微量的Nb元素，改善了堆焊工藝 性，并且提高了基體金屬的強度和韌性，從而提高了基體金屬的耐磨性， 使堆焊層中硬質(zhì)顆粒不易脫落，增強了堆焊層的耐沖擊能力和對硬質(zhì)顆粒 的固著能力。該技術方案通過同時優(yōu)化硬質(zhì)顆粒的組成和基體金屬的強 度、韌性極大提高整個堆焊層的耐磨性和耐沖擊性，延長了堆焊層的使用 壽命，堪稱是具有新穎性、創(chuàng)造性、實用性的新技術；該管狀硬面堆焊材 料廣泛適用于鋼齒牙輪鉆頭齒面、背錐、掌尖及其他工程工具工作表面的 耐磨強化，應用前景非常廣闊。附圖說明下面結合附圖對本專利技術技術方案作進一步說明 圖l:本專利技術管狀硬面堆焊材料堆焊后堆焊層的金相照片圖。 圖中附圖標記的含義a為球形硬質(zhì)合金粒子，b為經(jīng)表面處理過的熱 穩(wěn)定性鑄造碳化鉤，C為球形鑄造碳化鴇。具體實施例方式新型管狀硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其組分鋼鐵20 40%，填充粉料60 80%;填充粉料的組分球形硬質(zhì)合金粒子35 75%， 表面處理過的鑄造碳化鎢粒子15 40%，球形鑄造碳化鎢粒子5 20%，SiMn合金粉2 6。/。，樹脂粉0.2 0.6%，金屬Nb0.1 2。/。。其中，球形 硬質(zhì)合金粒子的粒度為14 40目，球形硬質(zhì)合金粒子由WC粉與Co粉燒 結而成，WC粉粒度為1 15jim， Co粉粒度為0.8 1.2nm， Co粉含量為 3 8% ;表面處理過的鑄造碳化鎢粒子的粒度為40 100目，粒子外部為 一層10 2(Him厚由納米級碳化鎢顆粒組成的包裹層，心部為針狀的鑄造 碳化鎢共晶組織；球形鑄造碳化鎢粒子的粒度為80 325目。SiMn合金粉 中Si的重量含量為14 20%， Mn的重量含量為60 72% ;樹脂粉為酚 醛樹脂；金屬Nb的加入形式為純金屬元素或含Nb元素合金粉或含Nb元 素氧化物，或上述一種或任意幾種的混合物；管皮采用低碳鋼，巻成圓管 狀，管皮厚度為0.2 0.4mm。在管狀堆焊材料的填充粉料中，加入35 75%的14 40目的球形硬 質(zhì)合金粒子，球形硬質(zhì)合金粒子的硬度低于鑄造碳化鴇，但韌性高于鑄造 碳化鎢，且其形狀為球形可以減少外力作用引起的的應力集中，用氧乙炔 火焰高溫堆焊后，由于球形硬質(zhì)合金粒子的粘結金屬為鈷，與鐵基體是同 族元素，有良好的互溶性，有利于增強硬質(zhì)顆粒與基體金屬之間的結合強 度。另外，加入15 40%的經(jīng)表面處理過的40 100目鑄造碳化鉤粒子， 這種碳化鎢粒子的特點是顆粒心部是鑄造碳化鎢，其外部包裹一層納米級 的碳化鎢粒子，其顆粒具有卓越的耐磨性和可焊性，在高溫堆焊過程中， 外層納米級碳化鎢粒子由于具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，能夠阻止高溫熔體對心 部鑄造碳化鎢粒子的燒蝕，從而減少了鑄造碳化鴇顆粒因高溫燒蝕造成的 硬度降低和脆性相的析出，提高了堆焊層的耐磨性。同時，加入5 20%的80 325目球形鑄造碳化鎢粒子，球形鑄造碳 化鎢相比于傳統(tǒng)的破碎鑄造碳化鎢具有較好的熱穩(wěn)定性，組織缺陷少，在 外力作用下不容易引起應力集中。此外，還加入2 6%的SiMn脫氧劑和 0.2 0.6%的有機樹脂，改善堆焊工藝性和粉料裝填均勻性；在填充粉料中200810155754.9說明書第5/7頁還加入0.1 2%的Nb金屬元素，改善堆焊工藝性，并且改善粘結相合金 組織，從而提高基體的抗磨損、抗磨蝕能力。管狀硬面堆焊材料通常為管 狀焊條，其填充粉料的理想含量是占整個管狀焊條重量的67 70% 。實施例l:管狀焊條填充粉料按重量百分比組成為75%球形硬質(zhì)合金粒子，粒度為14 40目；15%表面處理過的鑄造碳化鎢顆粒，粒度為40 100目； 5%球形鑄造碳化鎢顆粒，粒度為80 325目；2.8%的200目SiMn粉； 0.2%的200目酚醛樹脂粉;2%的200目Nb合金粉。管皮為低碳鋼H08A， 管徑為4mm，管皮厚度為0.4mm。填充粉料占焊條重量比為60% 。堆焊后，堆焊層的金相如圖l所示。本實施例堆焊層中球形硬質(zhì)合本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
新型管狀硬面堆焊材料，包括管皮和填充粉料，其特征在于其組分具有如下的重量百分比：　鋼鐵　２０～４０％，　填充粉料　６０～８０％；　所述填充粉料的組分重量百分比：　球形硬質(zhì)合金粒子　３５～７５％，　表面處理過的鑄造碳化鎢粒子　１５～４０％，　球形鑄造碳化鎢粒子　５～２０％，　ＳｉＭｎ合金粉　２～６％，　樹脂粉　０．２～０．６％，　金屬Ｎｂ　０．１～２％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：徐純芳，余立新，廖江雄，
申請(專利權)人：蘇州江鉆新銳硬質(zhì)合金有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：32[中國|江蘇]