Fe_C_B堆焊合金的组织及性能的研究333
等离子原位合成Fe-Cr-V-C堆焊合金的耐磨性
Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｃ ｌ ｇｙ， ｈｅ ｙａ １ ４ Ｃｈｉ ａ； ｈｏｏ ａ ｅ ｉｌ ｉｎｃ ｎｄ Ｓ ｎ ｎｇ １ ０１ ２， ｎ ２ Ｓｃ ｌｏｆＭ ｔ ｒａ ｓ Ｓｃ ｅ ｅ ａ
Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ｈ ｎ ａ ｇ １ １ ， ｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｈ ｎ ａ ｇ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｓ ｅ ｙ ｎ ０ ８ Ｃｈ ｎ ） ｙ １ ７
Ｍ ｓ的 数 量 逐 渐 增 多 ， ｃ 因而 耐 磨 性 随 后增 大 ； Ｃ 含 量 达 到 ２． （ 量 分 数 ） ， 量 高 硬 度 六 边 形 Ｍ 。复 合 物 （ 当 ｒ ７２ 质 时 大 ｃ 约
ＨＶ１０ ） 合 一 定 量 ＶＣ 约 ＨＶ１ ０ ） 粒 构 成 坚 实 的耐 磨 骨架 ， 得 合 金 具 有 最 佳 的耐 磨 性 。 ２０结 Ｗ ｈ ｎ Ｃｒ ｍａ ｓｆ ａ ｔ ｎ ｉ ２ ． ，ａ ｈ ｇ ｏ ｕ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｅ ａ ｏ ａ Ｆｅ Ｃｒ Ｖ） Ｃ３ Ｃ ｏ ｔｎ ｓ ｅ ｓ ｒ ｃ ｉ ｓ ７ ２ ｏ ｉ ｈ ｖ ｌ ｍｅ ｆ ａ ｔｏ ｆｈ ｘ ｇ ｎ ｌ（ ， ， ７
摘 要 ： 用 等离 子堆 焊 技 术 制 备 了 不 同 ｃ 含量 的 Ｆ — ｒ ｃ堆 焊 合 金 ， 采 ｒ ｅｃ — Ｖ— 借助 扫 描 电 镜 和 ｘ射 线 衍 射 等 分 析 手 段 研 究 了
焊接材料对焊接质量的影响1
焊接材料对焊接质量的影响焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的成分对焊缝金属的化学成分、组织与性能有重要的影响。
为了使焊缝金属具有所要求的成分与性能，必须保证焊接材料中有益的合金元素含量和严格控制有害杂质的含量。
1 焊缝金属的合金化（1）焊缝金属的合金化就是把所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属（或堆焊金属）中去。
焊接中合金化的目的是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失，消除焊接缺陷（裂纹、气孔等）和改善焊缝金属的组织和力学性能，或者是获得具有特殊性能的堆焊金属。
对金属焊接性影响较大的合金元素主要有C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb、Cu、B等；低合金钢焊接中提高热影响区淬硬倾向的元素有C、Mn、Cr、Mo、V、W、Si等；降低淬硬倾向的元素有Ti、Nb、Ta等。
还应特别注意一些微量元素的作用，如B、N、RE等。
焊接中常用的合金化方式有以下几种。
①应用合金焊丝或带极把所需要的合金元素加入焊丝、带极或板极内，配合碱性药皮或低氧、无氧焊剂进行焊接或堆焊，把合金元素过渡到焊缝或堆焊层中去。
这种合金化方式的优点是可靠，焊缝成分均匀、稳定，合金损失少；缺点是制造工艺复杂，成本高。
对于脆性材料，如硬质合金不能轧制、拔丝，故不能采用这种方式。
②应用合金药皮或非熔炼焊剂把所需要的合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药皮或非熔炼焊剂中，配合普通焊丝使用。
这种合金化方式的优点是简单方便，制造容易，成本低；缺点是由于氧化损失较大，并有一部分合金元素残留在渣中，故合金利用率较低，合金成分不够稳定、均匀。
③应用药芯焊丝或药芯焊条药芯焊丝的截面形状是各式各样的，最简单的是具有圆形断面的，外皮可用低碳钢其他合金钢卷制而成，里面填满需要的铁合金及铁粉等物质。
用这种药芯焊丝可进行埋弧焊、气体保护焊和自保护焊，也可以在药芯焊丝表面涂上碱性药皮，制成药芯焊条。
这种合金过渡方式的优点是药芯中合金成分的配比可以任意调整，因此可行到任意成分的堆焊金属，合金的损失较少；缺点是不易制造，成本较高。
山西电建一公司焊工考核中心题库(423道)
山西电建一公司焊工考核中心1、属于一个考试项目的所有试件外观检查的结果，( )时，则该项试件外观检查合格——[单选题]A 至多有一项不合格时；B 至多有二项不合格时；C 全部合格时；D 视试件种类定正确答案：C2、堆焊试件表面按照JB/T4730《承压设备无损检测》标准采用渗透方法检测，缺陷等级不低于( )级为合格。
——[单选题]A IB III正确答案：A3、堆焊焊道间搭接接头的不平度在试件范围内不得超过( )mm。
——[单选题]A 1.0B 1.5C 2.0D 2.5正确答案：B4、焊工( )考试合格后，方可参加( )考试。
——[单选题]A 基本知识B 操作技能正确答案：A5、从事特种设备上所有焊缝焊接工作的焊工均应考核合格，持有《特种设备作业人员》( )——[单选题]A 正确B 错误正确答案：B6、手工焊焊工的所有考试试件，( )焊缝长度中部附近至少有一个停弧再焊接头——[单选题]A 第一层；B 第二层；C 第三层D 任何一层正确答案：A7、焊工考试试件的焊缝表面应当是焊后原始状态，焊缝表面不允许加工修磨或返修，否则为不合格。
( )——[单选题]A 正确B 错误正确答案：A8、采用氩气作为等离子气时，等离子弧焊的空载电压一般为( )——[单选题]A 40-60VB 65-85VC 100-120V正确答案：B9、管内充氩的目的是防止在焊接高温的作用下焊缝背面产生氧化、过烧等缺陷。
( )——[单选题]A 正确B 错误正确答案：A10、15CrMoR钢焊接，应选用( )牌号焊条——[单选题]A R107B R307C R317正确答案：B11、钛碳合金中，含碳量为( )的部分称为钢。
——[单选题]A ＜0.8%B 0.8-2.11%C 0.02-2.11%D ＞2.11%正确答案：C12、铝及铝合金工件和焊丝表面清理后，在潮湿的情况下，一般应在清理( )小时内施焊。
——[单选题]A 4B 12C 24D 36正确答案：A13、壁厚为10mm、外径为86mm的16Mn钢制管材垂直固定试件，使用312焊条圆周方向手工堆焊，项目代号为( )——[单选题]A SMAW（N10）-FeII-2G-86-Fef2；B SMAW（N10）-FeII-1G-86-Fef4；C SMAW（N10）-FeII-2G-86-Fef4；D SMAW-FeII-2G-86-Fef4正确答案：C14、焊工基本知识考试合格后方能参加焊接操作技能考试。
堆焊讲义完整版资料
堆
焊 合 金 钴基合金
低合金钢 钴基、镍基合金
高合金铸铁
碳化物 高合金锰钢 钴基合金 钴基合金 钴基、镍基合金
堆焊合金的选择原则
使用要求 经济性
工艺
选择堆焊合金的步骤
分析工作条件
堆焊层的要求
选择堆焊合金、堆焊方法
分析堆焊合金与基材的相容性
实验分析
确定最后方案ຫໍສະໝຸດ 堆焊金属合金化 合金的过渡形式
铜基合金
青铜
铝青铜强度高，耐腐蚀、耐金属间磨损，常用于堆
焊轴承、齿轮、蜗轮及耐海水腐蚀工件，如水泵、 阀门、船舶螺旋桨等 锡青铜有一定强度，塑性好，能承受较大的冲击载 荷，减摩性优良，常用于堆焊轴承、轴瓦、蜗轮、 低压阀门及船舶螺旋桨等
铜基合金缺点
铜合金耐磨粒磨损和耐高温蠕变的能力差，且受硫
熔炼→浇注后破碎（呈 不规则粒状）或熔炼→ 离心法分离（呈球状）
混合→压块→烧结→破 碎（呈不规则粒状）或 混合→制球→烧结（呈 球状）
碳化物应用
石油钻井 冶金、矿山
工 作 条 件 高应力金属间磨损 低应力金属间磨损 金属间磨损+腐蚀或氧化 低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料 浸蚀 低应力严重磨料磨损，切割刃 严重冲击 严重冲击+腐蚀+氧化 高温下金属间磨损 热稳定性，高温蠕变强度（540℃）
拉弗斯相
钴基合金
耐蚀性
耐热性 抗黏着磨损
经济性
镍基合金
Ni-Cr-B-Si系
Ni-Cr-Mo-W
Ni-Cr-Mo-C
Ni-Mo-F（Ni-20Mo-20Fe）
铜基合金
分类
青铜
特性
Cu-Sn Cu-Al Cu-Si
各种焊条化学成份及力学性能
各种焊条化学成份及力学性能（一）碳钢焊条格式如下：焊条牌号标准型号gb/t5117，aws.a5.1 主要用途及特点熔敷金属化学成分(%) 力学性能纯铁焊条—主要用途及特点：以微碳纯铁为焊芯的纯铁焊条。
具有抗高温氢、氮、氨腐蚀能力。
抗裂性能良好，直流反接，可作要求抗裂而不要求等强度的焊接或过渡层。
c≤0.04，mn+si≤1.0，s≤0.03，p≤0.03。
—j350/j357 —以微碳纯铁为焊芯的纯铁焊条。
具有抗高温氢、氮、氨腐蚀能力。
抗裂性能良好，直流反接，专用于微碳纯铁氨合成塔内件的焊接，也可作要求抗裂而不要求等强度的焊接或过渡层。
c≤0.04，mn0.20/0.50，si0.20/0.50，al≤0.05，s≤0.015，p≤0.015。
σb≥340mpa，δ5≥22%，akv≥80j(常温）。
j421、e4313 e6013 焊接低碳钢结构，焊接工艺性能优良，尤其适宜薄板小件间断焊和表面光洁的盖面焊。
c≤0.07，mn≤0.40，si≤0.20，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥17%，akv≥75j(常温）j421x、e4313 e6013 适用于薄板立向下焊及间断焊。
c≤0.08，mn≤0.50，si0.25，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥17%，akv≥70j(0℃）j421fel6 e4324、e6024 适用于低碳结构和要求表面光洁的平焊平角焊的盖面焊，熔敷效率达160% c≤0.12，mn，0.40，si，0.20，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥17%，akv≥60j(常温）j421z e4324、e6024 熔敷效率160%的重力焊条，化学成分、力学性能与j421fe16一样，c≤0.12，mn，0.40，si，0.20，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥17%，akv≥60j(常温）j422 e4303 焊接较重要的低碳钢结构和强度等级相当的低合金钢结构c≤0.12，mn，0.40，si，0.18，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥22%，akv≥47j(-20℃)j422fe e4303 适用于较重要的低碳钢结构的焊接，可提高熔敷效率，化学成分、力学性能同j422 c≤0.12，mn0.40，si0.18，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥22%，akv≥47j(-20℃) j422fe16 e4323 用于焊接较重要的低碳钢结构和强度等级相当的低合金钢结构的焊接，熔敷效率达160% c≤0.12，mn0.40，si0.20，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥22%，akv≥47j(-20℃)j422crcu e4303 耐候钢专用焊条，用于12mncrcu等耐候钢焊接，具有良好的耐大气腐蚀性能c≤0.12，mn0.40，si0.20，s≤0.035，p≤0.040，cr0.40，cu0.30 σb≥420mpa，σs≥340mpa，δ5≥17%，a kv≥47j(-20℃)j422cucrni e4303 耐候钢专用焊条，用于09crp、09cupre，09cucrni等耐候钢焊接，具有良好的耐大气腐蚀性能c≤0.12mn，0.40，si0.20，s≤0.035，p≤0.040，cr≤0.60，cu0.40，ni≤0.5 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥22%，akv≥27j(0℃)j423 e4301 可焊接较重要的低碳钢结构，c≤0.12，mn0.40，si0.16，s≤0.035，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa，δ5≥22%，akv≥47j(0℃)j425 e4311 用于低碳钢薄板结构的立向下焊专用焊条，c≤0.20，mn0.40，si0.25，s≤0.03，p≤0.040 σb≥420mpa，σs≥330mpa δ5≥22%，akv≥27j(-30℃)j426 e4316 用于重要的低碳钢和低合金钢的结构焊接，如09mn2等。
焊接-堆焊技术
堆焊技术的分类
堆焊技术是熔焊技术的一种，因此凡是属于熔焊的方法都 可用于堆焊。
按实现堆焊的条件，常用堆焊方法的分类如图所示。
5
堆焊方法
氧乙炔火焰堆焊
手工送丝 自动送丝 粉末堆焊
焊条电弧堆焊
钨极氩弧堆焊
熔化极气体保护电弧堆焊 其中：自保护电弧堆焊
埋弧堆焊
单丝 多丝 串联电弧 单带极 多带极
预热是焊接修复开始前对被堆焊部位局部进行适当加热的 工艺措施，一般只对刚性大或焊接性差、容易开裂的结构 件采用。预热可以减小修复后的冷却速度，避免产生淬硬 组织，减小焊接应力及变形，防止产生裂纹。工件堆焊前 的预热温度可视工件材料的碳当量而定。
堆焊后的缓冷一般可在石棉灰坑中进行，也可适当补充 加热，使其缓慢冷却。
22
焊条电弧堆焊工艺
一、焊前准备
堆焊前工件表面进行粗车加工，并留出加工余量，以保证 堆焊层加工后有3mm以上的高度。
工件上待修复部位表面上的铁锈、水分、油污、氧化皮等， 堆焊修复时容易引起气孔、夹杂等缺陷，所以在焊接位复 前必须清理干净。
堆焊工件表面不得有气孔、夹渣、包砂、裂纹等缺陷，如 有上述缺陷须经补焊清除、再粗车后方可堆焊。
为修复与强化。
2
堆焊的特点
堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结合强度高， 抗冲击性能好。
堆焊层金属的成分和性能调整方便，一般常用的焊条 电弧焊堆焊焊条或药芯焊条调节配方很方便，可以设 计出各种合金体系，以适应不同的工况要求。
堆焊层厚度大，一般堆焊层厚度可在2～30mm 内调节， 更适合于严重磨损的工况。
19
5. 堆焊材料的选择
满足工件的工作条件和要求； 经济性、母材的成分、工件的批量以及拟采用的堆焊方法。
堆焊讲义完整版..
10～20
10～20 10～40 15～40 30～60 15～25 10～25 10～20 8～15 5～15 5～15 5～15 5～15 10～14
0.5～5.4
0.5～4.5 0.9～5.4 2.3～11.3 4.5～11.3 11.3～27.2 11.3～15.9 12～36 22～68 0.5～6.8 1.5～3.6 0.5～3.6 13～27 15～75
影响堆焊金属成分的因素
合金的过渡形式
合金化形式
焊丝或带极 粉芯焊丝、管状焊条
合金药皮、烧结焊剂
合金粉末
影响堆焊金属成分的因素
熔合比因素
影响合金过度的因素
堆焊方法
手工电弧焊
埋弧自动堆焊 CO2气体保护焊
等离子弧堆焊
宽带极堆焊
激光堆焊
冷焊堆焊
熔炼→浇注后破碎（呈 不规则粒状）或熔炼→ 离心法分离（呈球状）
混合→压块→烧结→破 碎（呈不规则粒状）或 混合→制球→烧结（呈 球状）
碳化物应用
石油钻井 冶金、矿山
工 作 条 件 高应力金属间磨损 低应力金属间磨损 金属间磨损+腐蚀或氧化 低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料 浸蚀 低应力严重磨料磨损，切割刃 严重冲击 严重冲击+腐蚀+氧化 高温下金属间磨损 热稳定性，高温蠕变强度（540℃）
手工电弧焊
优点
设备简单、使用可靠、操作方便灵活、成本
低 适宜于现场或野外堆焊 可以在任何位置焊接 能通过堆焊焊条获得几乎所有的堆焊合金层
缺点
生产效率低、劳动条件差、稀释
率高 不易获得薄而均匀的堆焊层
应用
可达性差的工件
在多种金属中都可使用
焊接材料对焊接质量的影响1
焊接材料对焊接质量的影响焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的成分对焊缝金属的化学成分、组织与性能有重要的影响。
为了使焊缝金属具有所要求的成分与性能，必须保证焊接材料中有益的合金元素含量和严格控制有害杂质的含量。
1 焊缝金属的合金化（1）焊缝金属的合金化就是把所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属（或堆焊金属）中去。
焊接中合金化的目的是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失，消除焊接缺陷（裂纹、气孔等）和改善焊缝金属的组织和力学性能，或者是获得具有特殊性能的堆焊金属。
对金属焊接性影响较大的合金元素主要有C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb、Cu、B等；低合金钢焊接中提高热影响区淬硬倾向的元素有C、Mn、Cr、Mo、V、W、Si等；降低淬硬倾向的元素有Ti、Nb、Ta等。
还应特别注意一些微量元素的作用，如B、N、RE等。
焊接中常用的合金化方式有以下几种。
①应用合金焊丝或带极把所需要的合金元素加入焊丝、带极或板极内，配合碱性药皮或低氧、无氧焊剂进行焊接或堆焊，把合金元素过渡到焊缝或堆焊层中去。
这种合金化方式的优点是可靠，焊缝成分均匀、稳定，合金损失少；缺点是制造工艺复杂，成本高。
对于脆性材料，如硬质合金不能轧制、拔丝，故不能采用这种方式。
②应用合金药皮或非熔炼焊剂把所需要的合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药皮或非熔炼焊剂中，配合普通焊丝使用。
这种合金化方式的优点是简单方便，制造容易，成本低；缺点是由于氧化损失较大，并有一部分合金元素残留在渣中，故合金利用率较低，合金成分不够稳定、均匀。
③应用药芯焊丝或药芯焊条药芯焊丝的截面形状是各式各样的，最简单的是具有圆形断面的，外皮可用低碳钢其他合金钢卷制而成，里面填满需要的铁合金及铁粉等物质。
用这种药芯焊丝可进行埋弧焊、气体保护焊和自保护焊，也可以在药芯焊丝表面涂上碱性药皮，制成药芯焊条。
这种合金过渡方式的优点是药芯中合金成分的配比可以任意调整，因此可行到任意成分的堆焊金属，合金的损失较少；缺点是不易制造，成本较高。
高铬铸铁型药芯焊丝
高铬铸铁型药芯焊丝（北京固本科技有限公司）1耐磨堆焊材料合金体系高铬铸铁的基本合金体系是Fe-Cr-C，在此基础上，往往还加入其他合金元素，常见的体系有Fe-Cr-Mo-B、Fe-Cr-B-C、Fe-Cr-V-Mo-Ti、Fe-Cr-C-Nb、Fe-Cr-C-V等。
本课题自制高铬铸铁药芯焊丝，其中，Nb对药芯焊丝堆焊层性能的影响是研究的重要一部分，故采用Fe-Cr-C-Nb系高铬铸铁型药芯焊丝。
铁基堆焊合金耐磨性良好，且价格较便宜，具有很好的经济性，因而应用最为广泛。
除此之外，堆焊合金体系主要还有钴基合金体系、镍基合金体系、铜基合金体系及碳化物增强合金体系。
钴基堆焊合金成本较高，高温条件下耐磨性能优异，多应用于一些特殊耐磨件，镍基堆焊合金同样也多用在高温耐磨工况条件下。
铜基堆焊合金摩擦系数较低，抗黏着磨损性能优秀，所以常用于滑动接触磨损工件中，而不用于抗磨粒磨损或高温磨损工况环境中。
在碳化物增强堆焊合金中，常以W、Ti、Mo、Nb、V等合金元素的碳化物作为增强相，具有很高的硬度和耐磨粒磨损性能，但高温下有些碳化物容易过热分解。
2高铬铸铁型药芯焊丝概况在高铬铸铁堆焊中，为了使堆焊层更容易得到非平衡组织，也就是亚稳奥氏体基体上分布M7C3型碳化物，往往采用明弧堆焊，这样可以使焊后冷却速度足够快，以更容易得到粗大的初生M7C3型碳化物。
对于高铬铸铁型药芯焊丝的明弧堆焊，脱氧和脱氮是首先要考虑的问题，所以药芯焊丝中需要添加铝、硅、锰等基本的脱氧元素。
铝主要用于先期脱氧，硅锰用于熔池阶段的脱氧。
高铬铸铁本身就是硬而脆的组织，因而对于氮并不需要刻意地完全消除，甚至可以加入少量氮，氮可以代替部分碳，形成碳氮化物，以增加堆焊层组织的硬度及耐磨性。
在高铬铸铁型药芯焊丝自保护明弧堆焊过程中，并不会有大量的氮溶入熔池，形成氮气孔，这主要是因为，在高铬铸铁药芯焊丝中，碳含量较高，较高的含碳量可以降低氮在铁中的溶解度，从而使焊缝中的含氮量不会太高。
5-现代材料表面技术--堆焊
－喷焊与堆焊技术
山东科技大学材料学院 2015
5.1喷焊
定义：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔 化，实现涂层与基体之间，涂层内颗粒之间的冶金结合， 消除孔隙，这就是热喷焊技术。 利用气体燃烧火焰为热源的喷焊方法为火焰喷焊。 利用转移型等离子弧为热源的喷焊方法称为等离子喷焊。
5.1.1工艺特点：
优点：热喷焊组织致密，冶金缺陷很少，与基材结合强度 高（ 300-400MPa ），抗冲击性能好，并可形成几毫米厚的 涂层。
局限性：喷焊材料必须和基材匹配，喷焊材料和基材比热 喷涂窄得多。
原因：浸润性、相容性（溶解度）、熔点匹配、不易产生热裂纹
冶金厂轧辊的堆焊
5.1.2 喷涂与喷焊的区别
5.1.4等离子弧喷焊工艺
属高能束，能量集中、热利用率高、熔敷速度高、电弧稳定、 挺直度好，稀释率和焊层尺寸便于控制。 稀释率（η）：在喷焊过程中，基材表面少量熔化，基材榕 入喷焊层的重量百分比。
A：喷焊的rCNiSiB涂层
通过喷焊电流、电压、送粉速度、枪-工件相对移动速度、 焊枪摆幅的调节，可使喷焊层厚度、宽度在很大范围内变化。
堆焊的分类： 气体保护堆焊 氧-乙炔火焰堆焊 手工电弧堆焊 自动埋弧堆焊等 等离子堆焊 堆焊技术发展： 工艺方法：手工电弧焊、氧乙炔堆焊－埋弧焊－气体保 护焊－等离子弧焊 焊接材料：碳钢、低合金钢－高合金钢－超硬的碳 化钨 金属陶瓷
5.3 熔焊金属结晶的一般规律
5.3.1焊池的形成 焊池是通过将基体材料部分熔化，同时加入熔化成液滴 形式的焊条(焊丝或粉末)而形成。 该过程中发生主要反应如下: ⑴ 气体与金属的作用 熔焊过程中，焊接区充满大量气体，这些气体不断地与 熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的成分和性能。 气体的来源： A 焊接材料； B 焊接热源周围的气体介质； C 焊接材料和母材表面的杂质； 焊接区气体的成分主要有CO、CO2、H2、H2O、O2和N2
H13_堆焊修复组织与性能研究
第30卷第2期江苏理工学院学报JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.30，No.2 Apr.，20242024年4月H13（4Cr5MoSiV1）具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，是一种强韧兼备、质优价廉的钢种，通常被用做制造热锻模或压铸模[1]。
热作模具在使用中要持续反复受热，承受着极大的冲击载荷，且因金属塑性变形流动而引起的剧烈摩擦，会使长时间使用的模具发生不同程度的失效情况，整套模具的制造成本高，若模具稍有失效就废弃，会造成严重的资源浪费[2]。
本文选用了与H13化学成分相近的焊条对模具进行堆焊修复，大大降低了生产成本，提高了产品竞争力，是面向循环经济的绿色再制造技术[3]。
目前，对堆焊修复后模具的综合性能研究尚浅，堆焊修复后的模具要达到最理想的使用状态，对堆焊后的覆层组织和性能进行研究非常必要。
1试验材料与方法试验中，母材为热作模具钢H13，试样尺寸为60mm×60mm×30mm，试样中间位置用数控铣床开启U型坡口，长约60mm，宽约20mm，深约15~20mm，堆焊材料为化学成分相近的焊条，直径为3.2mm。
堆焊前对母材坡口周围进行残渣清理。
电焊条堆焊前在保温箱W3(PR-4)中进行保温预热1h，温度约100℃。
采用交流电弧焊机进行堆焊，堆焊时，焊接电流为120～160A，电弧电压为25~30V，进行全位置焊接，每焊完一道焊缝需停下用小锤子锤击坡口，去除焊接过程中产生的夹渣，然后再H13堆焊修复组织与性能研究丁立红1，雷卫宁2，陈菊芳2，曹健1，陈国炎1（1.江苏理工学院工程实训中心，江苏常州213001；2.江苏理工学院机械工程学院，江苏常州213001）摘要：文章对损坏的热作模具钢H13进行堆焊修复研究，选用化学成分相近的焊条Cr12MoV对模具的失效部位进行堆焊修复，然后，对堆焊后的试样进行不同温度的回火热处理，并研究其组织和性能。
2024铝合金电弧堆焊增材工艺组织性能研究
这次实验采用伊萨 Origo Tig 4300iw AC/DC 氩气保护电 焊机遥 2024 铝合金为基体袁 主要成分见表 1袁 E4043 铝硅焊 条为焊丝的材料袁 主要成分见表 2 采用增材制造技术进行电 弧堆焊 [4]遥
由图中数据不难看出袁 总的来说焊缝区的硬度集中在 70HV 左右袁 热影响区最高袁 然后方向逐渐降低最后趋于稳
1
2020 年第 2 期
建材发展导向
定在基体本身的硬度左右遥 五条曲线都呈现出在热影响区内硬度值最高袁 焊缝区硬
度值最低遥 由于焊缝存在枝晶偏析袁 使其硬度分布不均匀袁 焊缝区金属的硬度与热影响区金属的硬度相比有较大幅度的 降低遥 其次袁 硬度虽然变化幅度大袁 但是平均来看袁 160A 的 条件下袁 焊缝和热影响去的硬度最高袁 电流过大或者过小都 会降低热影响区和焊缝的硬度袁 而基材的硬度总体变化不 大遥 4 扫描电镜 (SEM) 及成分分析
电弧熔敷增材制造的成形方法最大优势是缩短产品制造 周期尧 降低制造工艺尧 效率高袁 与传统生产制造相比更加具 有制造优势 [2]遥 其生产的产品尤其适于低成本小批量产品制 造袁 与此同时袁 结构复杂产品性能要求高尧 原材料附加值高 的产品同样适合采用电弧熔敷增材制造技术遥 因其成形高 效尧 生产的产品性能较好的特点袁 在航天领域尧 精密制造尧 军工设备等领域具有广阔应用前景 [3]遥
行硬度测量 [5]袁 采用 100g 载荷袁 载荷持续时间设定为 10 秒遥 测量电弧堆焊 2024 铝合金选用 4043 焊丝材料电弧熔覆试样 的焊缝尧 热影响区和母材处不同区域内的硬度值遥 试样的硬 度测试方向从垂直于焊缝横截面正中心往母材测试袁 沿着这 个方向每隔 0.5mm 取一个测试点袁 试验结果如图 2 所示袁 0 点处为焊缝最高点遥
低频磁控埋弧堆焊焊缝组织与性能
表 层硬度 。
状 晶 的持续 增长 ，堆焊层 出现熔 敷金属硬 度提 高的 同
时开裂倾 向增大 、耐磨性 降低 的缺点 ，本 试验将 磁控 技 术应用到埋 弧堆焊过 程 中 ，研究 电磁搅 拌技术 对堆
２ 焊 缝 组 织 的 宏 观 分 析
速度 提 高 １ ％～ ５ 。 国 内对 磁控 埋 弧 焊 的研 究 始 ０ ２％
于 １８ ９ ７年 ．将 电磁搅 拌 用 于提 高 ２ ｇ钢埋 弧 焊焊 缝 ０
质 量 ，采用 外加双 向脉 冲同轴 （ 向）磁 场有效 地搅 纵
拌 焊接熔池 ．可 以细化焊缝 金属 的一次结 晶组织 ，减
小化学 成分不均 匀性 ，提高焊 缝金属 的塑性 、韧性 和 提 高冷 弯角 合格 率 。对 管 线 钢进 行埋 弧焊 研究 时 ， 发现 电磁 场能抑制 先共 析铁素体 及侧板 条铁 素体 ，使 焊缝非金 属夹杂物 的总数 和体积分 数减 少 ．组 织进一
ｌ 预热温度 ｌ Ｐ Ｃ
３０ ２
电弧电压 ３ ０源自焊接 电流 ／ Ａ４０ ｏ
焊接速度 ／ｅ ・ ｎ （ｒ ｍｉ ） ａ
４ ０
占空比 （ ） ％
５ ０
试 验 过 程 如 下 ：采 用 外 加 低频 间 歇交 变 纵 向磁
场 ，堆 焊 ３层 ，每 层熔敷 ３条 焊道 ，焊接过 程 中测 量
（ 阳 工业 大学 材 料 科学 与工 程 学 院 ，辽 宁 沈 沈阳
巍
１０ ７ ） １ ８０
摘 要 ： 为 了提 高堆 焊层 熔敷 金属 的 力 学性 能 ，在低 碳 钢表 面埋 弧堆 焊 过程 中外加 低 频磁 场 ，研 究分 析 了低 频磁 场对 埋弧 堆 焊 层金 属 组 织及 力学 性能 的影 响 ．通 过对 不 同磁 场 参数 下 堆 焊表层 试 样 的硬 度 、耐 磨 性及 其 组 织和 性 能 的测 定 分析 ，发现 在 适 ＂的磁 场 参 数作 用下 ，可改 Ｂ －
高硬度高抗裂耐磨焊条的研制
Ｍｏｄｅｒｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ 现代焊接高硬度高抗裂耐磨焊条的研制Development and production ofelectrodes with high hardness, high crack resistance and high wear resistance合肥工业大学材料科学与工程学院 张 建 王国平 左小涛［摘要］ 本文研制了一种Ｆｅ－Ｃｒ－Ｂ合金系堆焊焊条，在焊条配方中主要加入Ｃｒ、Ｂ，可以有效地提高堆焊层的硬 度，同时具有很高的抗裂性。
研究表明：Ｘ射线分析该合金基体组织主要是马氏体组织和残余奥氏体组织，组织中 Ｃｒ －Ｆｅ相、（Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３和Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６等碳化物、硼化物的高硬度的硬质相均匀地分布在堆焊层上。
由于此类硬质相的 存在使得合金系的硬度可达６５ＨＲＣ，抗裂性很好。
［关键词］ 堆焊；高硬度；抗裂性；耐磨性前言耐磨堆焊工艺广泛的应用于农业、 矿业等和其他高硬度高耐磨性的机械 器件中，硬度不同的两工件之间接触 时一般需要耐磨堆焊合金［１］。
堆焊合金 不仅需要高硬度、高耐磨性，同时还 需要有好的韧性，而韧性主要由基体 组织的结构决定［２］。
Ｃｈａｔｔｅｒｊｅｅ和ｐａｌ指 出堆焊合金中Ｃｒ的碳化物体积分数超 过３５％后，其耐磨性将不再提高［３］。
因 此通过加入适量的Ｂ可以提高堆焊合金 的耐磨性和硬度［４］。
目前所研制的耐磨 堆焊焊条当硬度高于６０ＨＲＣ时就无法 保证具有很好的抗裂性，本试验所研 制的焊条在保持硬度高达６５ＨＲＣ的同 时具有高的抗裂性。
使堆焊合金的硬度及耐磨性越高［５］，因 此采用的合金为高碳铬铁、硼铁。
根 据试验研究本试验选择Ｃｒ含量为２０％， 依次改变Ｂ的含量来确定最佳的焊条药 皮配方。
２ 试验材料与方法本试验采用Ｈ０８Ａ焊芯，直径４ｍｍ， 长 ４５０ｍｍ。
根 据 国 标 ＧＢ９８４— ２００１Ｔ将 堆焊焊条熔敷在Ｑ２３５Ａ低碳钢板上， 板厚１６ｍｍ见图１。
Fe基体中稀土元素Ce与Pb的相互作用
较强的化学亲和力 ， 么在铁 基体 中有 Ｃ —Ｐ 那 ｅ ｂ化 合 物 的 生 成 。Ｃ 、 ｂ在 铁 中 同 时 存 在 时 ， 单 质 元 素 不 容 易 固溶 ｅＰ 其
于铁 中， 是相 互 反应 生成 Ｃ —Ｐ 而 ｅ ｂ金 属 间 化 合 物 ， ｅ与 Ｃ Ｐ ｂ的 原 子 比为 １ １则 此 化合 物 可 能 为 Ｃ Ｐ 。 ／， ｅ ｂ
含 量 ＞９ ９
０ ２ ｄ０ ０ ０ ｄ ０ ０ ７ ＜ ０ ０ ０ ０ ０ ７ ．４ ． １ ． ４ ． １ ．３
表 ３ 铅 的成 分 及 含 量 （ ｔ ） ｗ％
Ｉ 素 元 Ｐ ｂ Ｎｉ
０ ０ ．１
ＣＵ
Ａｇ
Ｓ＋Ｓ ｂ ｎ
Ｂ ｉ
ＡＳ
Ｆ ｅ
含 量 ＞９ ． ９９
２ 结 果 与 分 析
２ １ 电子 探 针 微 区 成 分 分 析 ．
对 熔 炼 试 样 进 行 电子 探 针 微 区 成 分 定 量 分 析 。 图 １为 试 样 的 背 散 射 电 子 像 ， 中 标 出 了 进 行 微 区 成 分 定 量 分 析 图
纯铁试样全部熔融后 ， 用旋转 合金料 斗 把铈 和铅 通过送 使
点 ｅ和 点 ｇ为 基 体 ， 电 子 探 针 微 区 成 分 定 量 检 测 含 经
Ｆ 及 少 量 的 Ｃ 、 ｂ元 素 。 当 Ｃ ｅ ｅＰ ｅ的 含 量 较 低 时 不 能 和 Ｆ ｅ 反应 生 成 金 属 间 化 合 物 ， ｂ 不 能 和 Ｆ Ｐ 也 ｅ反 应 ， ｅ Ｐ Ｃ 和 ｂ有
ｘ§ Ｘ ｖ ／ ｘ ｖ ） ｘＡ ＝ Ｂ （ Ｂ ＋ ｖ ６） ｔ
ｖ 一 Ｖ ／ １ ２ Ｘ （ Ａ一 ） ｚ Ａ ［ ＋／ Ｂ 。 Ａ Ｂ］ ｖ 一 ｖ 。 １ Ｂ （ Ｂ Ａ ］ ［ ＋ｐ ＸＡ ｛ 一 ） ｐ
药芯焊丝电弧焊(FCAW)的焊接电流对Fe—Cr—C合金堆焊金属组织与耐
关 键 词 堆焊 焊接电流 显微组织 耐磨性
中图分类号 ： ＴＧ ４ ２ ２ ． ３
文献标识码 ： Ａ
Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｆｌ ｕ ｘ － Ｃｏ ｒ ｅ ｄ － Ａｒ ｃ － Ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎｇ Ｃｕ ｒ ｒ ｅ ｎｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｗｅ ａ ｒ ｉ ｎｇ Ｒｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｆｅ － Ｃｒ － Ｃ Ａｌ ｌ ｏ ｙ Ｈａ ｒ ｄｆ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ａ ｌ
药芯焊丝电弧焊（ Ｆ Ｃ Ａ Ｗ） 的焊接 电流对 Ｆ ｅ － Ｃ ｒ － Ｃ合金堆焊金属组织与耐磨性的影响／ 朱茂生等
・４ ２ ７・
药 芯 焊 丝 电弧焊 （ Ｆ Ｃ Ａ Ｗ） 的焊 接 电流 对 Ｆ ｅ — Ｃ ｒ — Ｃ合金 堆 焊金 属 组 织 与 耐磨 性 的影 响
朱茂生 ， 付莉超。 ， 杨 健。 ， 周野 飞。 ， 杨庆祥。
ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ，ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ，ｍ ｏ ｌ ｔ ｅ ｎ ｐ ｏ ｏ ｌ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｆ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｂ —
ｏ ｆ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｗｅ ａ ｒ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｆ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｗａ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ． Ｓｕ ｂ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ，ｔ ｈ ｅ
堆焊
焊接速度对稀释率的影响：
焊接速度较小时，堆高较小，堆宽较大，稀释率较小；焊接速度较大时，
焊缝宽度减小，堆高增大，稀释率增大。
焊接电流对稀释率的影响： 电流较小时，堆高较大，堆宽较小，稀释率较大；电流较大时，焊缝宽 度加大，堆高减小，稀释率减小。
相容性
堆焊材料和基体在冶金学上是否相容取决于它们在液态和固态 时的互溶性以及在堆焊过程中是否产生金属间化合物
镍基堆焊合金 抗金属 — 金属间摩擦磨损的性能最好，具有很高 的耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性等。
铜基堆焊金属 碳化钨堆焊金属 耐腐蚀、耐汽蚀及耐金属间磨损性较好。 硬度很高，耐磨性好合金的经济学
选择堆焊合金的步骤
① 分析工作条件，确定失效类型及其对焊层的要求。 ② 按一定规律选择几种可供选择的堆焊合金和堆焊方法。 ③ 分析这些堆焊合金与基材的相容性，同时要考虑热应力和裂纹倾向 的大小，初步制定堆焊工艺。 ④ 进行堆焊实验。 ⑤ 根据使用寿命和成本进行评价，确定堆焊材料和堆焊方法的最佳方 案。 ⑥ 制定严密的堆焊工艺。
堆焊材料的类型及选择
堆焊材料的种类
Co基堆焊合金
Fe基堆焊合 金
镍基堆焊合金
铜基堆焊金属 碳化钨堆焊 金属
Fe基堆焊合金 价格低廉，应用最广。可分为珠光体合金、奥氏体合 金、马氏体合金及合金铸铁四大类。 Co基堆焊合金 此合金以Co为基本成分，加入Cr、W、C等元素， 又称为斯太利合金。堆焊层金属组织为奥氏体+共晶组织。在各种堆焊 金属中，Co基合金的综合性能最好。
堆焊的类型
1
耐蚀堆焊或称包 层堆焊
2
3
耐磨堆焊
4
输入文字
隔离层堆焊
增厚堆焊 解释所输入文字
堆焊层的形成和控制 稀释率 稀释率 = B /（W+B）* 100％
堆焊内补口技术在长输管道死口连头中的应用(1)
堆焊补口技术在长输管道死口连头中的应用研究Application of internal welding technology in the long distance pipeline die Lian tou董龙涛1柏佳2玮1梁龙旭3广华3（1．华东管道设计研究院， 0516〕（2．中天合创能源，蒙鄂尔多斯 0477〕（3.胜利油田金岛工程安装XX公司，东营 0546〕摘要：本文介绍了耐蚀合金堆焊补口新技术在鄂尔多斯煤化工示项目厂外输水长输管道死口连头中的应用，解决了长输管道壁防腐层连续的技术瓶颈，重点介绍了管端壁堆焊工艺要点；“三段式死口连头〞；在不锈钢焊层上面焊接低碳钢焊材的复合焊接方法；堆焊与复合焊接质量检验结果等。
关键词：中天合创、堆焊补口、长输管道死口连头、三段式死口连头、复合焊接。
引言鄂尔多斯煤炭深加工示项目厂外输水系统工程，由中天合创能源投资建立，华东管道设计研究院设计，管道线路全长 207.7km，同沟双线铺设，管径为φ914mm和φ813mm，材质为 L450M。
全线采用一泵到底，常温密闭工艺输送净化后的黄河水。
工程设计“死口〞200个左右。
管道外壁采用3PE缠绕防腐，管道焊缝外壁采用聚乙烯热收缩套补口，管道壁防腐采用加强级无溶剂环氧涂料涂覆，管道焊缝壁采用“补口机器人“防腐处理。
由于管道补口机器人无法进入长距离直管道以与具有一定坡度的管道部进展防腐补口，“死口〞焊缝成为管道壁防腐连续性的盲点。
过去的一般做法是：通过一段“死口〞短节连接两段管道，短节焊接完成后，在短节上面开“天窗〞，通过“天窗〞对短节焊缝壁进展“补口〞处理，然后焊接封闭“天窗〞。
但“天窗〞焊缝壁无法补口，成为管道壁防腐层连续性的瓶颈所在。
工程设计采用胜利油田金岛工程安装XX公司的不锈钢堆焊补口技术，解决死口连头补口问题〔1〕。
堆焊补口技术是通过在钢管管端壁预先堆焊一定宽度和厚度的耐蚀合金层，然后再对钢管进展、外壁防腐处理，管道焊接施工时，用耐蚀合金焊材+低碳钢焊材的复合焊接方法，在焊接施工的同时，耐蚀合金焊层熔合预先堆焊层，保证管道壁防腐层连续。
CMT堆焊巴氏合金堆焊层组织及力学性能
CMT堆焊巴氏合金堆焊层组织及力学性能
郑军武;陈绍;李富坤
【期刊名称】《矿冶工程》
【年(卷),期】2023(43)1
【摘要】采用冷金属过渡(CMT)技术在20钢表面制备了巴氏合金堆焊层,利用金
相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、维氏硬度计和摩擦磨损试验机分别对堆焊层的金相形貌、物相组成、显微组织、元素分布、硬度和摩擦因数进行测试。
结果表明,巴氏合金堆焊层的相结构并未发生变化,由硬质点SnSb相、Cu6Sn5相
和软基体α-Sn相组成;由于热输入的降低,巴氏合金堆焊层的冷却速率提高,堆焊层
晶粒明显细化,硬度约为40HV0.1,远高于铸造巴氏合金;由于显微硬度升高,巴氏合
金堆焊层的摩擦因数和比磨损率均降低,分别为0.31和1.38×10^(-
5)mm^(3)/(N·m);巴氏合金堆焊层的磨损机理为磨粒磨损。
CMT堆焊技术可有效提升巴氏合金的硬度和耐磨性。
【总页数】5页(P150-153)
【作者】郑军武;陈绍;李富坤
【作者单位】无锡交通高等职业技术学校;山东理工大学材料科学与工程学院;山东
泰山钢铁集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TB302
【相关文献】
1.磁控状态下Fe90堆焊层显微组织对力学性能的影响
2.2.25CrMo钢带极堆焊工艺及堆焊层力学性能研究
3.表面毛化对巴氏合金MIG堆焊层界面组织及结合强度的影响
4.铁基多元合金堆焊层的组织与力学性能
5.Q235B薄板网格表面巴氏合金MIG堆焊层制备与组织性能分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Fe-C-B堆焊合金的组织及性能的研究
葛长路 叶荣昌 刘兆勇
江苏徐州中国矿业大学(221008)
摘要 在条件相同情况下,利用合金硼化物代替合金碳化物作为耐磨合金的耐磨相,既可进一步提高耐磨合金的硬度和耐磨性,还可减少其它贵重、稀缺合金元素的加入量。
本文在排除其它合金元素影响的情况下,研究了不同硼含量对Fe-C-B耐磨堆焊合金的组织及性能的影响。
研究表明,随着堆焊合金中硼含量增加,堆焊合金组织发生变化,组织中先后出现了作为耐磨相的Fe3(C,B)、Fe23(C,B)6和Fe2B等碳、硼化物,随着其数量的增加,堆焊合金的硬度和耐磨性显著提高,其共晶组织具有最佳的抗冲击韧性。
对研究含硼耐磨合金堆焊焊条提供了理论依据。
关键词 硼元素 堆焊合金 组织 性能 影响
硼是我国富有元素,在堆焊合金中,硼化物的硬度和热稳定性均高于碳化物,特别是硼与铁生成的Fe B (HV1800～2000)和Fe2B(HV1400～1500)的硬度不但远高于Fe3C(HV800～900),而且高于铬的碳化物C r7C3(HV1336)。
因此在堆焊合金中添加适量硼元素对提高堆焊合金耐磨性,减少铬、钨、钼、钒、钛、锆等合金的加入量,降低堆焊合金成本是非常重要的。
尽管国内外对在堆焊合金中添加硼元素的研究有过报道1、2,但对在合金中加入硼的方式以及不同硼含量对堆焊合金的组织与性能的影响却没有统一评价。
本研究是将B4C粉末加入普通碱性焊条药皮中,采用交流电焊机进行堆焊,在排除其它合金元素影响的情况下,研究了硼含量对堆焊层金属组织和性能的影响。
1 试验条件与方法
试验用焊条的焊芯材料为H08A低碳钢,直径4 mm,长400mm,外涂含B4C粉末的碱性药皮,药皮外径为612mm。
采用普通交流焊机堆焊,堆焊焊接电流140～180A。
试样一律按GB984-85标准在16M n钢板上堆焊后截取,用化学分析方法分析堆焊合金中碳、硼元素的含量,用光学显微镜分析堆焊合金的组织,用洛氏硬度计对堆焊层金属进行宏观硬度检测;用M L-100销盘磨损试验机进行耐磨性试验;用自制的冲击试验机对堆焊层金属进行抗冲击试验。
冲击试验机工作时,电动机通过减速机带动链轮转动,冲头(顶端为5 mm2圆形平面)由链条带动上升到一定高度后自由下落,冲击堆焊合金。
冲击能量为120J 次,以堆焊合金出现第一条裂纹时的冲击次数代表合金的抗冲击性能。
2 试验结果及分析
211 硼含量对堆焊合金硬度的影响
堆焊合金的碳、硼含量及硬度值见表1。
图1是碳、硼含量与堆焊合金硬度的关系曲线。
众所周知,影响堆焊合金硬度的因素是碳、硼含量及堆焊层的冷却速度。
由于合金是经多次堆焊而成,堆焊后在空气中自然冷却,合金的基体组织为正火组织。
曲线1是碳和硼共同对堆焊合金硬度影响曲线,曲线2是不含硼堆焊合金正火后的硬度变化曲线。
可以看出,正火条件下碳元素对堆焊合金硬度影响不大,曲线1的变化主要是硼含量的影响。
从上述结果可以看出,硼能够非常有效地提高堆焊合金硬度。
表1 堆焊合金的碳、硼含量及合金硬度
试样编号
1234567 C(%)0.080.100.160.170.220.350.45
B(%)00.0030.010.070.641.021.52
合金硬度(HRC)25.830.732.135.545.850.059.1试样编号891011121314
C(%)0.540.560.570.650.740.820.88
B(%)1.922.372.773.173.593.984.70
合金硬度(HRC)58.261.261.062.667.071.570.4
图1 硼含量对合金硬度的影响
212 硼含量对合金组织的影响
2焊接技术 1997年第5期・试验与研究・
在700℃时Fe -C -B 三元合金相图中[3],当合金中碳、硼含量均低于1%时,堆焊合金是由Α相+Fe 3
(C,B )及
Fe 23(C,B )6组成。
随着硼含量增加,Fe
3(C,B )
数量减少,硬度更高的Fe 23(C ,B )6数量增加,并出现高硬度的Fe 2B 相。
图2是碳含量为0122%、硼含量为
0164%时的堆焊合金组织,为正火后的过共析组织。
珠
光体晶界处有Fe 3(C ,B )及Fe 23(C ,B )6析出。
随着硼含量的继续增加,由Fe 23(C ,B )6和珠光体组成的共晶组织不断增加,当碳含量达到0156%、硼含量达到2137%时,堆焊合金均变成共晶组织(图3)。
由于高硬度的
Fe 23(C ,B )6(HV 1100)数量增多,低硬度的Fe 3(C ,B )数
量减少,堆焊合金的宏观硬度迅速提高到HRC 60以上。
硼含量进一步增加,合金中出现条块状Fe 2B 相,其硬度为HV 1400～1500,属正方晶系,合金为过共晶组织(图4)。
Fe 2B 数量越多,合金的硬度和耐磨性也随之升高。
图2 图3 400
×
图4 含0188%C 、417%B 时的堆焊合金组织 400×
213 硼含量对堆焊合金耐磨性的影响
图5a 是硼含量对堆焊Fe -C -B 合金耐磨性影响的关系曲线。
可以看出,当硼含量少于2137%时,堆焊合金的耐磨性随硼含量的增加缓慢上升。
其间合金组织同亚共析向共晶组织变化,虽然含硼渗碳体Fe 3(C ,
B )、Fe 23(
C ,B )6的数量增加对合金的硬度影响较明显,
但由于含硼渗碳体的硬度不超过HV 1100,所以耐磨性上升比较缓慢。
当含硼量超过2137%后,合金中出现块状高硬度的Fe 2B ,随着Fe 2B 的数量增加,形成强大的耐磨骨架,能有效地抵抗高硬度的磨粒切入,因此随着硼含量的增加,耐磨性急剧上升。
硼含量超过410%以后,由于合金的脆性和焊接缺陷的增加促使硬度和耐磨性上升趋缓,但合金中添加铬、镍、钛、钼等合金元素以后,通过改善合金的组织提高韧性,增加硬度更高的硼化物品种和数量,如C r B 2(HV 2100)、T i B (HV 2
800)、M oB (HV 2500)等,可进一步提高堆焊合金的耐
磨性。
214 硼含量对抗冲击性能的影响
图5b 是硼含量与抗冲击性能的关系曲线。
当硼含量少于0164%时,合金硬度低,受冲头第一次冲击便发生严重变形,因此所有数据均是从硼含量大于0164%开始测定,从图中可以看出,堆焊合金中硼含量为
2137%时,曲线出现最大值,此时的金相组织为共晶组
织(图4)。
这是由于远离共晶点的亚共晶组织及过共晶组织中存在着大面积硬度较低的珠光体或硬而脆的
Fe 2B ,在高能量的冲击下会较早地出现塑性变形或脆
性裂纹,而共晶组织由分布均匀、韧性较好的Α相和含硼渗碳体组成,具有最高的抗冲击性能。
所以在受冲击耐磨零件表面应堆焊共晶成分的合金,而在受冲击不很强烈的零件表面堆焊过共晶成分的合金。
图5 硼含量对堆焊合金耐磨性与抗冲击性能的影响
3 结论
(1)随着硼含量的增加,Fe -C -B 堆焊合金的硬
度显著上升,硼是提高堆焊合金硬度的最有效元素。
(2)随着硼含量的增加,堆焊合金组织由亚共析向
共晶及过共晶组织转变,碳化物由Fe 3(C,B )向Fe 23
(C,B )6转变,并在过共晶组织中出现块状的Fe 2B 相。
(3)随着硼含量的增加,堆焊合金的耐磨性随之上
升,硼含量超过2177%以后上升迅速。
(4)Fe -C -B 堆焊合金组织为共晶组织时,堆焊
层金属在120J 能量冲击下具有最大值。
参考文献
1 H Berns ,A F ischer .m icro structure of Fe -C r -C hardfacing al 2
l oys
w ith additi ons of N b 、T i and B .M ETALLO GRA PH Y ,1987
. 2 МДборисов.Легированиенаплавленногометаллакарбидомбора
.ИзвестиясибирскогоотделенияакадемиинаукСССР:Сериятехническихнаук
,1987(5). 3 侯增寿等.实用三元合金相图.上海:上海科技出版社,1983. 4 邵荷生等.摩擦与磨损.北京:煤炭工业出版社,1992.
(收稿日期:1997206202)
3
W elding T echno logy №5 1997
・试验与研究・。