[发明专利]一种抗冲击高耐磨的表面堆焊合金材料

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种抗冲击高耐磨的表面堆焊合金材料。

背景技术

磨损是材料损伤的三大原因之一，在矿山、冶金、机械和电力等行业中，设备上的一些关键部件大多数长期处在带有冲击磨损情况下工作，工件的耐磨性已经成为决定其使用寿命的主要因素之一。这些耐磨件主要与矿物和砂粒相冲击和摩擦，根据耐磨部件在工作过程中受到的磨损可以将其归类为磨料磨损，这种磨损类型在工业中大概占到50％以上，例如，破碎机齿板、锤头、打击板；球磨机衬板、磨球；刮板机的中板等都是在尖锐和坚硬的磨料作用下产生犁削、碾压和裂纹而逐渐剥落，直至零件磨穿或者由于裂纹扩展而断裂。

表面堆焊耐磨材料是提高工件使用寿命的有效途径之一，目前国内耐磨的合金材料较多。

中国申请专利“耐热耐磨堆焊焊条”(CN86106019)设计了一种可以用于金属矿山易磨损部件堆焊的焊条，具有制造工艺简单、焊接性能好的优点，但是采用焊条堆焊效率较低，且不利于实现自动化焊接。

中国申请专利“一种堆焊用包芯焊丝”(CN1415453A)设计了一种堆焊用包芯焊丝，可以应用于石油工业机械、井下工具等表面处理领域，但是药芯焊丝的缺点是制造工艺复杂、价格较贵。

中国申请专利“Fe-05耐磨堆焊合金粉块”(CN85102440)设计了一种改进堆焊用的合金粉块，该种合金粉块在制造过程中不用冶金及铸造过程，具有制造工艺简单等优点，但是该合金主要硬质相为Cr₇C₃或Cr₂₃C₆，其显微硬度值在HV1000～1300之间，作为耐磨合金中的耐磨骨架，有时还不能满足更高的耐磨性要求。

中国申请专利“一种耐磨合金材料”(CN 100371489C)设计了一种耐磨合金材料，该合金在成分设计时加入硼，形成硬度较高的铬的碳硼化合物，同时在合金中加入稀土，细化了合金中的硬质相，明显提高了合金的耐磨性，但是该合金在表面堆焊时裂纹较多，长时使用时，耐磨层易剥落，降低工件使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种抗冲击高耐磨的表面堆焊合金材料，该材料成本较低、使用时操作工艺简单、能实现自动化操作，堆焊的产品有良好的抗冲击性和抗磨损性能，使用寿命较长。

本发明的抗冲击高耐磨的表面堆焊合金材料成分按重量百分比为铬铁55～68％、硼铁5～13％、碳化硼0.5～1.5％、钠钾水玻璃8～15％、硅锰合金粉1～4.5％、镍粉0.5～6.5％、钒铁0.2～5％、钼铁0.5～7.5％、铌铁1.5～6％、稀土镁合金1.5～5％、石墨0.1～2.8％，余量为铁，粒度为70～140目，其中稀土镁合金中镁的重量含量为20～26％，余量为镧或铈，硅锰合金粉中硅的重量百分比为25～50％，余量为锰。

本发明的抗冲击高耐磨的表面堆焊合金材料的制备方法为：

将粒度为70～140目的铬铁、硼铁、碳化硼、硅锰合金粉、钠钾水玻璃、镍粉、钒铁、钼铁、铌铁、稀土镁合金、石墨和铁粉按上述配比混合均匀，然后置于模具中压制成块，自然风干至少24h，然后在50～60℃条件下烘干0.5～1h，再升温至150～300℃条件下保温1～5h。

本发明的产品从提高合金的耐磨性和抗冲击性入手，兼顾综合性能考虑，合金的组织特征是以硬度较高的铬的碳硼化合物和硅的碳化物为主要硬质强化相，极大提高了合金的耐磨性；合金中加入活化剂和孕育剂，改善了硬质增强相与基体的结合能力，减少裂纹的产生，同时提高了耐磨层与工件表面的结合强度，明显提高了合金的抗冲击能力。

1、现有的耐磨材料在堆焊时，硬质增强相的颗粒较为粗大，通常呈网状分布，在承受摩擦与磨损时容易剥落，对合金耐磨性不利，因此本发明在合金中加入稀土镁合金作为孕育剂，在细化碳硼化合物的同时，使网状碳硼化合物断开，合金中的碳硼化合物分布更为均匀，有利于提高合金的耐磨性。

2、现有的耐磨材料在堆焊过程中，耐磨层与工件表面结合强度不足，耐磨层在长时使用中易剥落。本发明所设计的耐磨材料引入稀土镁合金，改善了耐磨层的活性，堆焊熔化时耐磨层与基体合金相容性更好，基体与耐磨层之间明显形成过渡层，释放了基体与耐磨层之间的热应力，缓解了二者弹性模量的不匹配，减少耐磨层的剥落，提高了工件的使用寿命。