[发明专利]一种双相复合强化主耐磨相的高硼堆焊药芯焊丝及其应用方法

说明书

本发明公开了一种双相复合强化主耐磨相的高硼堆焊药芯焊丝及其应用方法。该药芯焊丝采用H08A冷轧薄钢带为外层包皮，并于包皮内配以高碳铬铁、硼铁、碳化硼、钼铁、锰铁、鳞片石墨、硅铁和还原铁粉构成粉芯，经自保护明弧堆焊，形成一种双相复合强化主耐磨相的堆焊合金。通过优化配置药芯焊丝组分，配合主耐磨相多元合金化增韧方式，并应用电压、电流和焊接速度等堆焊参数的协同调控方法，形成与熔池表面趋于垂直的散热流，从而由(Fe,Cr,Mn)₂B内核相及其外部(Fe,Cr,Mn,Mo)₂₃(C,B)₆包覆相组成的主耐磨相呈定向分布。该高硼药芯焊丝堆焊合金因其有体积分数达到85%以上的主耐磨相而具备优良的耐磨粒磨损性能，可用于喷沙钢管内壁堆焊耐磨合金层。

技术领域

本发明属于堆焊药芯焊丝技术领域，具体涉及一种双相复合强化主耐磨相的高硼堆焊药芯焊丝及其应用方法。

背景技术

据不完全统计，我国每年因磨损、腐蚀而造成机械装备失效的损失约占当年GDP的9.5％，以堆焊增材技术再制造失效零件，这具备低碳、环保和可持续发展的优点，十分契合我国创建“资源节约型、环境友好型”两型社会的产业需求。堆焊合金的耐磨性取决于其所含硬质相尺寸、形态、分布、数量甚至取向等因素，其中影响较大的有硬质相尺寸、数量及取向等。高体积分数且较大尺寸的初生硬质相可大幅度提高合金的耐磨性，因其对耐磨性起主导作用而称之为“主耐磨相”。

堆焊合金的主流类型包括以下两种：高铬系和高硼系，其主耐磨相分别为(Fe,Cr)₇C₃和(Fe,Cr)₂B。与高铬系合金相比，高硼合金因硼在铁素体/α-Fe的溶解度小于0.0004％(质量百分数，下同)，在奥氏体/γ-Fe的最高溶解度也只有0.02％，而硼的原子半径(0.097nm)比碳的原子半径(0.077nm)大，致使其扩散迁移阻力大。因而，硼比碳原子更易形成硬质相，从而使其合金获得较高的耐磨性。不仅如此，高硼合金所需Cr、Ni、W、Mo、Nb等合金化元素含量比高铬合金可显著减少，因而可大幅度降低耐磨零件的材料成本，具有经济适用的突出特点。

目前，高硼合金以铸造成型为主，以堆焊方法制备较少。但是，铸造属于液态金属整体成型，熔体凝固结晶时拘束度大，热应变所导致的残余应力大，合金裂纹敏感性高。因此，铸造硼合金含硼量大多受限于1.5％以下，属于亚共晶组织结构，其典型特征是硼原子扩散到胞状α-Fe基体晶界等缺陷处而形成网状或树枝状硼化物共晶等组织结构。由于胞状α-Fe等相数量较多、尺度大且偏软，其耐磨性尚不理想，高硼合金的耐磨潜力未能充分挖掘。

堆焊合金采用逐层熔敷堆积方式制备，其熔体凝固结晶时所受拘束度不大，可制备高体积分数且较大尺寸主耐磨相的高硼合金，从而延长耐磨零件的使用寿命。但是，高硼系合金的(Fe,Cr)₂B主耐磨相与高铬合金的(Fe,Cr)₇C₃主耐磨相相比，因其硼原子比例大，性脆，合金碳含量高时，该相更脆，这需要改善其(Fe,Cr)₂B主耐磨相的韧性。

此外，堆焊合金的主耐磨相呈定向分布可改善其耐磨性。通常，为使作为主耐磨相的硬质相呈定向分布，需增设水冷定向凝固、电磁搅拌等装置，这使焊接操作变得繁琐，并增加制备成本，需简化使其定向分布的工艺方法。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有高硼合金存在的上述缺陷，提供一种既使之有高体积分数且较大尺寸的主耐磨相，又使该主耐磨相具有较高韧性并呈定向分布的高硼堆焊药芯焊丝。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：