[发明专利]新型代钴镍基耐磨堆焊合金

说明书

本发明涉及一种耐磨堆焊用的合金材料。

在现有的代钴耐磨合金中，镍基合金是数量最多的一类，其中低硼低碳系镍基合金，根据Cr、W、Si等强化元素含量匹配的不同，又可分为高Cr低Si型（Cr≥20%，Si＜4.5%，如美国专利US4515869）、低Cr高Si型（Cr＜20%，Si≥4.5%，如日本专利昭55-31127）和高Cr高Si低W型（Cr＞20%，Si＞45%，W≤5%，如美国专利US4404049，日本专利昭57-164950）等。现有的代钴材料在确定合金的化学成分时，往往偏重于研究单个元素变化时，对性能的影响规律，而较少研究多种元素同时存在，同时变化时的综合影响，因而现有的镍基合金仅在某项或某几项性能上达到钴基合金的水平。上述这些合金的金相组织基本上是模拟原钴基Stellite    №6合金的组织形态：被固溶强化了的Ni固溶体基体加上共晶（碳化物、硼化物或硅化物等与固溶体形成的二元或三元共晶）或加上弥散分布的碳化物。这样的组织形态由于固溶体和共晶强化相在高温下都要软化，而弥散分布的碳化物又起不到阻止基体在高温磨损过程中产生塑性变形的作用。因此现有的代钴合金（包括原钴基Stellite    №6合金）在高温下的耐粘着磨损能力不够理想。另外，由于共晶强化相在固溶体晶界呈网状连续分布，降低了材料的塑性，韧性和抗晶界腐蚀能力。

本发明的目的在于研制一种耐高温粘着磨损性能优异，具有高的抗晶间腐蚀能力，同时在其它性能上（包括硬度，耐磨粒磨损，抗擦伤性，耐腐蚀性，抗高温氧化性，热耐久性，抗裂性及工况使用性等）达到钴基Stellite    №6合金水平的无钴镍基合金， 以便在高温高压及核电阀门或其它易磨损零件的堆焊中代替钴基Stellite    №6合金。

本发明代钴镍基耐磨堆焊合金主要由C、Si、Cr、W、B、Cu元素组成，这些元素的含量为：C：0.3～1.5%;Si：4.5～8%;Cr：20～35%;W：5～15%;B：≤1%;Cu：＜3%（不包括0）;其余为Ni（均为重量百分比）。

本发明代钴镍基耐磨堆焊合金为低C（C≤1.5%），低B（B≤1%），高Cr（Cr≥20%），高Si（Si≥4.5%），高W（W≥5%）型镍基合金。该合金的组织形态为：固溶强化的硬度适中的Ni基γ固溶体加数量足够多的大尺寸的多面体状Cr，Ni，W，Si型金属间化合物加大棒条状的（Cr，W）₇C₃型一次碳化物（见图1）。该组织形态有着在高温下极强的抗塑性变形的能力，因而具有优异的耐高温粘着磨损性能。

本发明是用正交设计法系统地研究了多种强化元素同时存在，同时变化时对全面性能的综合影响后，得出了各强化元素之间的合理匹配关系，从而确定了该合金的成分范围，使合金元素含量在此匹配条件下，能保证获得设计的组织形态及最佳的全面性能。

本发明代钴镍基耐磨堆焊合金中确定各元素含量范围的原则是：C含量若太低（＜0.3%），则会降低合金硬度，形不成所需的大棒条状M₇C₃碳化物，若C含量太高，超过1.5%，则C和Cr，W等元素形成过量的碳化物，得不到所设计的大尺寸多面体形的Cr，Ni，W，Si型金属间化合物。从而硬质相中单纯由大棒条状碳化物组成，使合金的塑性，韧性严重下降，达不到使合金既具有良好的抗高 温粘着磨损性能，又有足够韧性的目的。

本发明合金中一般不加硼，如为了改善制粉工艺性，可少量加入，但不得大于1%。这样可使合金中不形成脆性硼化物相，不会降低合金的韧性，塑性。

高Cr，高W，高Si（Cr≥20%，W≥5%，Si≥4.5%）可以保证Cr，W的一部分形成（Cr.W）₇C₃型碳化物，而且还保证有部分形成Cr，Ni，W，Si型金属间化合物。三种元素中任何一种含量不够，都得不到所需的组织形态。但含量超过所定范围，会使合金变脆或降低合金的堆焊工艺性。

本发明合金中加入Cu可提高合金的耐粘着磨损能力。但含量过高会使合金变脆，因此以Cu＜3.0%为宜。在本发明合金中，如B＝0.5～1.0%时，Cu≤2%。

为保证本发明合金的高温性能，应控制Fe≤2%。