[发明专利]一种Fe-Mn-Cu粉芯丝材及其电弧增材加工工艺

说明书

本发明涉及一种Fe‑Mn‑Cu粉芯丝材及其电弧增材加工工艺，Fe‑Mn‑Cu粉芯丝材由低碳钢带和Fe‑Mn‑Cu粉芯组成；将本发明制备的Fe‑Mn‑Cu粉芯丝材对破损的碳钢基板进行电弧增材加工，加工后修复了破损的碳钢基板，再制造修复的焊道能有效提高碳钢基板的硬度、致密度和抗拉强度，使修复后的碳钢基体性能要求符合再次应用。本发明主要用于针对工作现场或野外环境下及时、高效地对急用装备等关键零部件进行快速修复与再制造。

技术领域

本发明涉及金属表面加工技术领域，具体涉及一种Fe-Mn-Cu粉芯丝材及其电弧增材加工工艺。

背景技术

丝材－电弧增材制造(WAAM)是以电弧为热源，以氩气等惰性气体作保护气，通过填充焊丝逐层沉积堆敷，从而获得近净成形的制造技术。WAAM是一种快速、低成本制造技术，适用于航空、航海、能源等领域复杂构件大尺寸、小批量制造。

常见的电弧熔覆丝材主要为Fe基和Ni基两大类。电弧熔覆粉芯丝材由金属外皮和粉芯两部分组成，因而同时具备丝材和粉末的优点,拓宽了焊丝材料的成分和种类范围,满足了对焊丝多功能化、多元化和高性能化的要求。近来金属粉芯丝材在电弧熔覆领域有了突飞猛进的发展,国内外已经开发了多种耐磨、耐腐蚀电弧熔覆粉芯丝材，广泛应用于电力、石油、化工、汽车制造等工业领域。因此,采用粉芯丝材电弧熔覆基体已成为该技术发展趋势。

然而目前市场上的电弧熔覆粉芯丝材种类较为单一，针对适用碳钢类型的粉芯丝材更为稀缺，在应用于修复碳钢的机械工作中，修复后的熔覆层或焊道极易出现气孔、裂纹等缺陷，且硬度、致密度和抗拉强度等力学性能均达不到所要求的修复标准。

发明内容

为了解决目前碳钢类型基板再修复粉芯丝材的缺失问题，而提供一种Fe-Mn-Cu粉芯丝材及其电弧增材加工工艺。本发明工艺可有效提高基体与焊道的致密度，改善修复的基体表面硬度和抗拉强度。

本发明通过以下技术方案实现：

一种Fe-Mn-Cu粉芯丝材，由低碳钢带和Fe-Mn-Cu粉芯组成；

所述Fe-Mn-Cu粉芯丝材的制备方法为：

(1)Fe-Mn-Cu粉芯的制备：将Fe、Mn和Cu粉末过筛筛选成相同颗粒度，混合均匀，进行第一次球磨，第一次球磨冷却后，加入溶剂，再进行第二次球磨，干燥；将干燥后的Fe、Mn和Cu粉末在氩气保护下进行真空烧结制得所述Fe-Mn-Cu粉芯；

(2)Fe-Mn-Cu粉芯丝材的制备：将所述Fe-Mn-Cu粉芯置于送粉器中，将低碳钢带经过多道轧制工序后，形成凹槽，将Fe-Mn-Cu粉芯送入凹槽内再进行轧制，多次轧制后Fe-Mn-Cu粉芯被低碳钢带包裹，再经过多道连续拔丝最后制得Fe-Mn-Cu粉芯丝材。

进一步地，步骤(1)中Fe、Mn和Cu粉末分别按照2:1:1的摩尔比混合均匀。

进一步地，步骤(1)中所述溶剂为甘油、石蜡、煤油中的一种或几种。

进一步地，步骤(1)中所述第一次球磨的时间为1～2h，所述第二次球磨的时间为1h。

进一步地，步骤(1)中所述真空烧结的工艺参数为：烧结温度为1220～1280℃,升温速率为10℃/min，保温时间为4～5h，烧结压力为10～30Mpa。

进一步地，步骤(2)中所述凹槽为U型槽形状。

进一步地，步骤(2)中所述Fe-Mn-Cu粉芯丝材经过多道连续拔丝后直径小于1.2mm，所述低碳钢带厚度为0.2mm。