[发明专利]一种氩弧熔覆铁基粉末

说明书

技术领域：

本发明属于材料表面技术领域，提供一种氩弧表面熔覆用铁基粉末及其氩弧熔覆工艺。

背景技术

随着现代工业的发展，生产过程中对机械产品的性能要求越来越高，产品在高参数(如高温、高压、高速等)和恶劣的工况条件下长期稳定运转，必然对其表面的强度、耐磨性、耐蚀性等提出更高的要求。各种机械设备、仪器仪表、冶金零部件中的金属零件，以及各种工模具，在使用过程中往往首先从表面发生破坏和失效，破坏的原因很大一部分是由于表面磨损而造成的。因此，只要对零部件表面进行强化就能满足性能的要求。

表面强化技术主要有热喷涂、表面熔覆等工艺方法，表面熔覆技术使基体表面获得耐磨性能的同时，覆层材料与基体间可形成牢固的冶金结合，因此在一些要求表面不仅具有抗磨性能，而且还需要承受强载荷作用的条件下，具有绝对优势。目前，表面熔覆技术广泛应用于冶金、航空、机械等行业旧件的修复和新产品的制造上。表面熔覆常用高密度热源有激光、等离子弧、聚焦光束等，其特点是能量密度较高，被强化表面质量好，但设备昂贵，操作复杂。氩弧虽然能量密度较低，但其设备较为轻便、价廉、操作方便，易于在施工现场施焊，使得氩弧表面强化技术易于普及，因此在一些中小件上可以推广应用。

常用熔覆材料有铁基、镍基、钴基材料等，由于采用Fe基体时更能适于高温、高速、重载、高磨损等工况条件下的性能要求，且铁基材料价格便宜、来源广泛，能够通过热处理来调整其性能，所以应推广铁基熔覆材料的应用。

发明内容

本发明提供一种氩弧熔覆用铁基合金粉末及其氩弧熔覆工艺，用于在小型钢质零部件上进行表面耐磨层制备，修复零部件尺寸或提高其表面耐磨性。熔覆层硬度可达HRC55～63，耐磨性达45调质钢的4～6倍。

所述氩弧熔覆铁基合金粉末由工业用钛铁、钒铁、硼铁、铬铁、石墨等混合而成，其特征在于粉末的各组成原材料的质量百分比为：钛铁(40～60)％，钒铁(10～25)％，铬铁(15～30)％，硼铁(0～5)％，石墨(5～15)％。

所述氩弧熔覆铁基合金粉末的具体实例：钛铁50％，钒铁16％，铬铁22％，硼铁2％，石墨10％。熔覆层硬度达到HRC58。

所述钛铁、钒铁、硼铁、铬铁、石墨等原材料的粒度为40～200目，各原材料主要成分(质量百分比)为：

钛铁：Ti(25.0～35.0)％，钒铁：V＞75％，铬铁：Cr＞70％，硼铁：B＞15％，C＜0.1％。

氩弧熔覆工艺过程：

(1)按比例称取各粉末原材料，混合后搅拌均匀，获得氩弧熔覆用合金粉末。

(2)合金粉末中加入粘结剂搅拌均匀，制成湿粉，将湿粉涂于经过表面清理去锈的工件待熔覆表面并压平，涂层厚度0.5～1.5mm，或者将湿粉压制成φ2～4mm的棒状。将湿粉棒或预涂涂层经24小时以上室温晾干，然后150℃烘干2小时。粘结剂采用水玻璃或有机粘结剂。

(3)利用钨极氩弧作为热源在工件表面逐道扫描预涂涂层，或扫描过程不断送进压制好的棒状添加材料。钨极采用直径φ3～4mm的2％钍钨极，直流正接，氩气流量8～12L/min，电流120～160A，电弧电压15～20V，扫描速度以粉末层或棒状材料能与基体熔合好为准则，根据零件大小调整。

(4)熔覆完成后，进行表面清理，根据具体要求重复上述过程进行多层熔覆，达到要求的熔覆层厚度，最后磨削加工至所需要的零件尺寸。

所述合金粉末涂层或棒材在氩弧热源作用下与基体材料一起熔化，同时合金元素在热源作用下发生原位冶金反应，生成TiV、VC等碳化物及少量硼化物并均匀分布于铁基熔体中，铁基熔体冷却凝固过程中又有VC、Cr₇C₃等碳化物析出，最终形成碳化物增强铁基复合熔覆层，提高工件表面硬度和耐磨性。