[发明专利]改性Fe-Cr-B堆焊材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种堆焊材料。

背景技术

虽然现行的堆焊材料发展较快，但在实际应用方面还存在很大的不足之处，比如，国外用于耐热、耐磨的堆焊材料绝大多数是钴基合金，但是我国钴资源缺乏，并且钴基堆焊材料在焊接时有裂纹倾向；铁基堆焊材料价格便宜，但是从目前其应用情况来看，存在着耐腐蚀性差、抗裂能力低等不足之处；此外目前应用的堆焊材料的一个突出问题是，没有将堆焊材料的加工性能与耐磨性能有机的结合起来，存在硬度较高而加工困难，或是加工容易但是耐磨性不好的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改性Fe-Cr-B堆焊材料，在Fe-Cr-C中增加纳米B改性剂，使得Fe-Cr-C堆焊材料的力学性能、硬度及耐磨等性能增加。

本发明的改性Fe-Cr-B堆焊材料在Fe-Cr-C系高碳耐磨堆焊合金材料中添加质量百分含量为0.1～2%的纳米B改性剂。

耐磨堆焊层含有较高的碳和铬，为过共晶成分，形成大量粗大的硬质初生碳化物，提高了堆焊层的硬度，但是粗大的碳化物割裂了基体，硬质相得不到塑性较好的基体的支撑，易产生开裂破碎及剥落。高铬铸铁裂纹源主要来自各类夹杂物及基体与碳化物的相界面, 且裂纹易沿碳化物与基体的界面扩展，因此碳化物的形态，大小和分布对堆焊层的力学性能有很大影响。

纳米B改性剂能改善堆焊层组织和性能的原因有：(1)由于颗粒尺寸小，表面能高，表面原子具有高的反应活性，与堆焊合金中的O，S较易亲和，净化了铁液，因而在结晶时避免了初生相的有方向性的生长，避免了晶粒粗大；(2)纳米B改性粒子会吸附在碳化物和铁素体晶粒生长的前沿，在碳化物的不同晶面上进行选择性吸附，优先吸附在位能较高及生长较快的晶面上，降低了碳化物在择优长大方向的长大速度，使碳化物由长条状有方向性的生长向短条状、团块状无方向性排列转化；(3)纳米B改性粒子为非碳化物形成元素，在凝固过程中通过溶质元素再分配而富集在碳化物结晶前沿的液体中，提高了碳化物的形核率。

加入适当含量的纳米B改性剂，一方面可以改善初生碳化物的形态和分布，提高硬度，另一方面，可以改善基体和共晶碳化物的界面能，使二者结合性增强，从而进一步提高了裂纹萌生与扩展的抗力, 使抗磨损、抗剥落性能提高。

本发明的改性Fe-Cr-B堆焊材料具有如下优点：

(1)堆焊合金为过共晶组织，主要由基体α-Fe，初生碳化物Cr ₇C₃，共晶碳化物Fe ₇C₃，还有少量的(Cr, Fe)₇C₃初生碳化物组成。

(2)纳米B改性剂的加入，细化了初生碳化物，由粗大板条状向团块状变化，改变了碳化物的生长方向性；当加入0.65%的改性剂时，碳化物形态开始明显变化，晶粒细小，组织均匀，堆焊层具有良好的组织形态。

(3)纳米B改性剂的加入使堆焊层的表面硬度提高，随着改性剂含量的增加，硬度先升高，在0.65%处下降，之后稳步上升，在1.5%时硬度最高达HV 1011。堆焊层断裂韧性在0.65%时最高。 

附图说明

图1为加入不同含量改性剂后的堆焊层X射线衍射结果；

图2为加入1.5%改性剂后的堆焊层显微组织扫描照片；

图3为加入1.0%改性剂后的堆焊层显微组织扫描照片；

图4为加入0.65%改性剂后的堆焊层显微组织扫描照片；

图5为加入0.5%改性剂后的堆焊层显微组织扫描照片；

图6为未加入改性剂的堆焊层显微组织扫描照片；

图7为五种试样在90?冲蚀角下冲蚀5min的失重率；

图8为载荷为5N时五种试样的磨损率。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式选用 (Fe-Cr-B)耐磨堆焊焊条，加入不同含量的纳米B改性剂制成堆焊焊条，焊条成分及改性剂含量如表1、表2。采用原始焊条成型方法，即用焊条涂压机压制而成。

表1 D-Fe05 (Fe-Cr-B)耐磨堆焊焊条的化学成分（质量分数，%）