第五章 堆焊与热喷涂技术

8. 高速钢：性能特点是含碳量0.7～1.0﹪左右，Cr 3.8～
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4.5﹪；W17～19﹪、V1.0～1.5﹪为主要合金元素，用于刀
具修复堆焊。
9. 马氏体合金铸铁：性能特点是含碳量2%～4%,以白口铸铁
为基,加入W、Cr、Mo、Mn、Ni等元素。合金总量15%～
20%。用于低应力磨料磨损的编辑场pp合t 。
4. 铬-钼、铬-钨热稳定钢：性能特点是含碳量0.5﹪左右， Cr、W、Mo、V为主要合金元素，红硬性好，高温耐磨性好， 用于热模具堆焊。
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5. 高铬钢：性能特点是Cr13系，含碳0.1﹪～0.4﹪，Cr12系，
含碳0.9﹪～1.5﹪，含Cr大于12﹪。组织为马氏体＋铁素体。
有良好的耐磨及耐腐蚀性，用于有腐蚀介质的磨料磨损或金
堆焊技术的进步是希望采用的堆焊方法有较小的母材 稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高 效、低稀释率的堆焊技术。
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金属表面堆焊的特点
• 1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料 与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的 特点。
• 2.与整个机件相比，堆焊层仍是很薄的一层，因 此，其本身对整体强度的贡献，不像通常焊缝那 样严格，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊 层与基体的结合力，也无很高要求，一般冶金结 合即可满足，但是必须保证工艺过程中对基体的 强度不损害，或者损害可控制在允许限度之内。
第五章 堆焊及热喷涂技术
5.1 堆焊技术 5.2 热喷涂技术
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5.1 堆焊技术
一 概述
堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。 对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金， 可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法
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堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程 而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可 以用于堆焊。
2. 中碳低合金钢：性能特点是含碳量0.3﹪～0.6﹪，合金 元素总量少于5﹪，Cr、Mn、Mo、Si为主，抗压强度高，适 合于受中等冲击的磨损零件。
3. 高碳低合金钢：性能特点是含碳量0.7﹪～1.0﹪，合金 总量约5﹪，Mn、Cr、Si为主。硬度较高，用于不受冲击或 弱冲击的低应力磨料磨损零件，如推土机铲刃等。
• 当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时，在焊缝金属熔 合线附近，会形成一个成分变化不定的区域，即扩散过渡 层。
• 熔合区内形成扩散过渡层 ,在钢中这种扩散运动能力最强 的是碳 。
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三 堆焊合金的类型及性能
堆焊合金的类型
1.低碳低合金钢: 性能特点是含碳量小于0.3﹪，合金元素 总量少于5﹪，Mn、Cr、Si为主，冲击韧性好，易于机械加 工，用于金属间磨损的零件，如轴类、齿轮等。
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10．高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%～4.5%,铬22%～ 32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低应力和高 硬度磨料磨料腐损场合。
11. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上,粒状WC在堆 焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基,镍基 或钴基。
12. 钴基合金：性能特点是含钴30%～70%，Cr25～33， W3%～25%，钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要 的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。
一般说来,用手工电弧焊时，过渡层的平均厚度约为 0.4～0.6㎜,而用埋弧时,约为0.25～0.5㎜。
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扩散过渡层
• 在堆焊过程中,固态基体金属和液态金属互相作用必定会 引起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决 于温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率。异扩散形 成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。
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• 3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能 低的稀释率。
• 4.堆焊用于强化某些表面，因而希望焊层尽 可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应 有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性。
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堆焊方法较其它表面处理方法的优点
（1）堆焊层与基体金属的结合为冶金结合，结合强 度高，抗冲击性能好。
过渡区段 。焊缝完全冷却以后，熔合区一部分由基体金 属组成，另一部分由焊缝金属组成。
2．熔合区的结构特点 两种金属尽管合金化特性彼此差别很大，但只要它们
的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性。
对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂。 根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶格的周期 彼此相差不超过9﹪才会产生共同的结晶。这时在熔合区 内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层，此过 渡层总是受到一定的应力。
13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时,湿润 性好,流动性好,堆焊金属硬度HRC50～60。用于抗磨损堆焊； Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊 14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜 等
属间磨损。
6. 奥氏体高锰钢和铬锰钢：性能特点是Mn含量大于12﹪，
铬锰钢有较好的耐腐蚀性，Mn13可以冲击相变。用于严重
冲击条件下的零件，如矿石铲斗、碎石机等。
7. 奥氏体镍铬钢：性能特点是在Cr18Ni8基础上，加入S、
Mo、V、Mn、W等元素，提高耐腐蚀及耐热性能。用于阀门、
阀座、石油化工工业中的反应器、容器等防腐或耐热堆焊。
（2）堆焊层金属的成分和性能调节方便，一般常用 的手工电弧焊堆焊条或药芯焊丝调节配方很方便， 可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况条件。
（3）堆焊层厚度较大，一般堆焊层厚度可在2～3㎜ 内调节，更适合于严重磨损的工况条件。
（4）堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体 采用普通材料制造，表面采用高合金堆焊层时，不 仅降低了制造成本，而且还节约许多贵重金属。
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堆焊的应用
1）恢复工件尺寸 2）抗磨损 3）抗腐蚀堆焊
高铬铸铁堆焊焊条
钴基D842焊条
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电火花沉积堆焊冷焊机
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辊压机耐磨堆焊材料
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普通锰型堆焊焊条
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二、 异种金属熔焊（堆焊）理论
一、熔合区的形成与结构
1. 熔合区 所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的