[发明专利]一种耐磨且抗疲劳堆焊焊条

说明书

技术领域

本发明涉及一种堆焊焊条，特别是涉及一种耐磨抗疲劳堆焊焊条。

背景技术

铁路辙叉的主要破坏形式是叉芯位置的疲劳剥落和磨损，其修复办法是现场进行补焊。目前在铁路辙叉补焊和修复使用的堆焊焊条主要有高锰钢系、Cr-Ni-Mo系、Mn-Cr系和Cr-Mn-N系等等。其中，我国主要使用牌号按照投入使用的由先到后的时间顺序有堆256、堆266、堆276/277和KD286等高锰钢系列堆焊焊条。目前我国应用最广的是KD286，其熔覆层材料的化学成分为：C＜0.3，Mn20-25，Mo1-2，Cr0.5-1.0。除此以外，还有一些公开的专利技术，例如：中国专利(专利号：89209854.6)、中国专利(专利号：94112743.5)和中国专利(专利号：95110760.7)等，它们也都属于高锰钢系堆焊焊条。美国及西欧一些国家主要使用Cr-Ni-Mo系和Mn-Cr系焊条。日本则使用一种含有氮的Mn-Cr-N系焊条，其熔覆层的化学成分为：C＜0.14％，Mn＜15-1％7，Cr14-16％，Ni2-3％，N0.05-0.15％。这些焊条使用效果较好，但由于它们都含有大量的Cr、Ni和Mo等贵重元素，生产成本高，影响推广使用。

发明内容

为了克服现有的焊条生产成本高、影响推广等不足，本发明提供一种耐磨抗疲劳堆焊焊条，这种耐磨抗疲劳堆焊焊条具有优异的加工硬化能力，可显著延长磨损和疲劳零部件修复后的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种耐磨抗疲劳堆焊焊条药皮的成分及重量百分比分别为：大理石10-20％，萤石5-10％，石英2-4％，钛矿5-10％，白土子2-4％，氮化铬铁10-25％，金属锰20-30％，氮化锰铁10-20％，钨铁5-10％，稀土镁铁合金1-3％；用水玻璃做为粘结剂。堆焊熔覆层材料的化学成分为：Mn 15-17％，Cr 4-6％，W 2-4％，N 0.08-0.20％，C0.2-0.4％，Re少量，杂质总量＜0.1％，其余为铁。利用这种焊条堆焊时，应采用直流电焊机并且电焊条作为负极。获得的堆焊熔覆层为硬度220-260HB的单相奥氏体组织，其具有优异的加工硬化能力，表现出优异的抗接触疲劳性能和耐磨性能，可显著延长磨损和疲劳零部件修复后的使用寿命。

本发明的有益效果是：该发明采用H08Mn或H08MnA焊丝作为焊芯，其余的合金元素Cr、Mn、W、N和V等完全由药皮过渡。为了提高合金元素由药皮向熔覆层的过渡系数，增加焊接熔覆层的抗裂性和冲击韧性，选用大理石-萤石渣系碱性低氢型药皮，药皮的碱度为2.0-4.0，药皮的重量系数选为0.4-0.6。焊接时采用直流反接，焊前不用预热焊后不用热处理。焊条的工艺性能良好，电弧稳定性优良，电弧吹力较大，飞溅一般，溶化系数大，载流能力大，脱渣性好。而且其成本适中，焙敷效率高，焊接时无药皮发红开裂现象。

具体实施方式

实施例

本发明制备出的这种耐磨抗疲劳堆焊焊条，它是以H08Mn作为焊丝，药皮的配方是wt％：大理石15％，萤石7％，石英3％，钛矿6％，白土子2％，氮化铬铁20％，氮化锰铁15％，金属锰22％，钨铁6％，稀土4％。用此焊条堆焊所获得的堆焊层材料的化学成分为：C 0.31％，Cr 4.8％，Mn 17.1％，W 1.5％，N 0.12％，Re 0.1％，其余为铁和少量杂质。用这种焊条对已经产生疲劳磨损的铁路辙叉进行补焊修复，堆焊时焊接前不用预热悍后处理，在现场直接施焊，堆焊效果良好。堆焊层组织细致无气孔和夹杂，堆焊层硬度为255HB。

近年来，研究表明，氮作为合金元素加入钢中可有效提高钢的抗接触疲劳性能，同时，氮可有效提高奥氏体钢的加工硬化能力。因此，氮是最为理想的辙叉补焊材料的合金化元素。本发明利用这一原理，将氮加入到焊条的药皮中获得一种性能优异的铁路辙叉的堆焊焊条。其中的铬一方面是提高熔覆层的强度，另一方面它可有效地固溶氮原子，根据氮含量要求，其含量应为4-6％；锰是奥氏体化元素，足够的锰可使熔覆层获得稳定的奥氏体组织，根据Fe-Mn-Cr相图，其含量应在15-17％；钨是为进一步提高堆焊层耐磨性能而加入的合金元素。2007年11月2日英国《Science》杂志报道了一项最新研究发现：大直径原子是提高材料耐磨性最好的合金化元素。到目前为止钢铁材料常用的合金化元素中，原子直径最大的合金化原子就是钨，因此，这里选择钨做为进一步提高堆焊层耐磨性的元素，考虑成本因素，选择钨的加入量为2-4％。碳是有效提高熔覆层强度和加工硬度能力的元素，但其含量不易过多，以防止在焊接过程中碳化物的析出，含量在0.2-0.4％较为适宜；稀土可有效地改善熔覆层中的夹杂物的分布状态，细化熔覆层组织。