[发明专利]一种基于组织协同强化效应的自保护明弧堆焊药芯焊丝

说明书

本发明公开了一种基于组织协同强化效应的自保护明弧堆焊药芯焊丝，它采用H08A冷轧薄钢带为外层包皮，配以高碳铬铁、铌铁、钼铁、鳞片石墨、超微细石墨、硅铁、硼铁、超微细铝粉等构成粉芯，该药芯焊丝自保护明弧堆焊合金组织主要包括：细片状马氏体和奥氏体双相组合基体、原位析出NbC颗粒以及沿晶断续网状或者树枝状分布的M₂₃(C,B)₆相，形成了一个双相组合基体和硬质相协同强化的细小晶粒结构体，这使之受到外来磨粒磨损切削作用时，各相组织协同作用，合金整体表现为均匀微量磨损，呈现极为优异的耐磨性，可用于带冲击载荷严重磨粒磨损工况下零部件的耐磨材料，如S形混凝土输送管内壁耐磨层。

技术领域

本发明属于堆焊药芯焊丝技术领域，特别涉及一种基于组织协同强化效应的自保护明弧堆焊药芯焊丝。

背景技术

据不完全统计，因磨粒磨损而失效的零件约占各类磨损零件总数的50％，合金耐磨粒磨损性能取决于其硬质相属性、形态、尺寸和数量等因素，而韧性与基体数量有关。

耐磨合金的主要制备手段有：铸造、热喷涂、喷焊、电镀和堆焊等，其中堆焊方法以其熔敷效率高，应用工件制造和再制造耐磨层最多，并多采用药芯焊丝自保护明弧堆焊方法。自保护明弧药芯焊丝由金属外皮和粉芯两部分组成，其粉芯主要由各类金属粉末组成，堆焊时氧化熔渣量少，又称之为“无渣焊丝”，这使之无需清渣就可实施连续堆焊，具有熔敷效率高的突出优点，可对磨损工件实现在线修复，显著降低停工损失而受到厂家特别青睐。

就组织结构而言，耐磨合金可分为亚共晶、共晶和过共晶合金。亚共晶合金由胞状α-Fe或者γ-Fe基体，以及沿胞状晶界分布的网状或者树枝状的M₇C₃或α-Fe+M₃(C,B)或α-Fe+M₃(C,B)+M₇C₃或α-Fe+M₂₃(C,B)₆等变态共晶组成。亚共晶结构合金的主要缺点在于：胞状α-Fe或者γ-Fe基体偏软，致使磨粒尖端易于锲入，而沿晶网状或者树枝状硬质相不足以阻碍磨粒微切削磨损，导致其耐磨粒磨损性能偏低。共晶合金主要组织为共晶，性能过脆，一般不予用作耐磨材料。过共晶合金由初生M₇C₃、M₂₃(C,B)₆或M₂B为主耐磨相，以及环绕该相的变态共晶α-Fe+M₃(C,B)、α-Fe+M₃(C,B)+M₇C₃或α-Fe+M₂₃(C,B)₆相等组成。其中共晶，如(α-Fe+M₃(C,B))，往往以鱼骨状变态莱氏体L_d’出现而使之性脆。由于变态共晶在外加载荷的冲击作用下易于脆裂而形成剥落坑，磨粒易于锲入而加剧合金磨损。该类合金的耐磨性受到脆性共晶限制，提升空间受限。

不仅如此，为了增加合金韧性而改善其在冲击工况下的耐磨性，采用强碳化物形成元素Ti、Nb和V，使之原位析出TiC、NbC、VC等颗粒，起弥散强化和晶粒细化作用。由于析出的TiC、NbC、VC等相颗粒偏小，易随磨损切屑流失而丧失耐磨质点作用。此外，强碳化物形成元素Ti、Nb和V，与铬形成“竞碳”效应，使初生M₇C₃相的形成受到极大干扰。不仅如此，由于合金中析出的TiC、NbC、VC相与基体结合较差，受冲击易松动而脱离，对冲击载荷工况下合金耐磨粒磨损性能提升空间较为有限，但为之付出了过高的材料成本。

在冲击载荷工况下的耐磨零件，如S型混凝土输送管。该零件存在S型弯道，弯道上的凹凸部分直接受到混凝土的较大冲击载荷，极易过早磨穿，导致灌注混凝土工作被迫暂停，严重影响正常生产作业。该零件的磨损工况恶劣，要求内壁合金具备优良的耐磨性，并兼具较高的韧性，以适应冲击载荷磨损的工况要求。

发明内容