高硬度高抗裂耐磨焊条的研制
高硬度耐磨抗裂堆焊焊条的研制
图 2 C- C r- M o 三元系硬度等值线图 图中数据为硬度值 (HRC) , 坐标为编码因子值
图 3 N i- M n 二元系硬度等值线图 图中数据为硬度值 (HRC) , 坐标为编码因子值
上述表明, 仅靠提高堆敷金属的硬度并不一 定能够提高耐磨性。这一点与文献[ 1, 2 ]的观点是 一致的。因此, 为了在保证一定硬度条件下尽量提 高堆敷金属的耐磨性, 必须利用最优化技术寻求 成分和组织的最佳配比。 2. 5 堆敷金属耐磨性能的最优化
图 6 磨损体积与硬度间的相关性散点图
为了利用最优化技术求解最优配方, 将式 (2) 和式 (3) 改写成如下最优化数学模型: 目标函数
因 子
z1
z2
z3
z4
z5
3. 4 10. 2 6. 0 10. 5 5
0. 8 3. 2 1. 2 4. 5 1
2. 1 6. 7 3. 6 7. 5 3
0. 773 2. 081 1. 427 1. 784 1. 189
已知药皮中自然因子 z j 的含量, 即可通过式 (4) 求出 x j , 然后再利用式 (2)、式 (3) 预测堆敷金 属的硬度及耐磨性; 同时, 还可利用上述数学模型 分析堆敷金属性能与组分间的相关性; 根据对性 能的要求求解最优配方。 2. 3 相关性分析
敷金属的硬度值见表 4。
表 4 D 606 焊条堆敷金属的硬度
批号 1
硬度测定值 (HRC)
3
4
5
平均值3
1
62
抗冲击耐磨堆焊焊条的研制
!"#$%&’()*$+,(-%-)./-%0123-024$506776##############################################################收稿日期：6772879876长沙建筑机械研究所引进开发国外先进的混凝土泵，其分配阀工况恶劣，磨粒磨损严重。
采用目前国内生产的堆焊焊条，堆焊件的使用寿命低。
据此情况我公司研制开发了耐磨性能优良的:;<97堆焊焊条，以满足国内需要。
!堆焊焊条的设计202堆焊件的工作条件分配阀由切割环和眼镜板组成，放置于砼中，工作条件恶劣，被切割的砼料流最大压力达2!0=>?@，切割环滑移推力2A09B !A C3，从一端到另一端的动作时间为706D ，最大滑移速度209E F D ，切割环作用在眼镜板上，分配阀摩擦正压力达=0G!>?@以上，其磨损类型为中等冲击作用下的凿削式磨粒磨损，磨料为湿的混凝土，含有大量的硬颗粒石英H I’J 6K ，但其组分中最高硬度不会超过石英H L/A77B 26G7K 。
206焊条合金系的选择由以上可知，该合金要求具有高耐磨性能，且具有一定的抗冲击性能和耐腐蚀性能。
合金组织应是在马氏体为主的基体上分布大量硬质点碳化物的组织。
硬质合金堆焊层虽具有优良的耐磨性，但不具备后两种性能，且价格昂贵。
高铬铸铁被认为是第三代高耐磨材料，且具有以上三种性能。
含>-的高铬铸铁其金相组织是以马氏体为主的基体，在其中分布着孤立的>=;1型碳化物H L/2177B 2G77K ，故其既有很好的耐磨性，亦有相当的韧性，特别适用于一定冲击负荷的较硬磨粒磨损工况。
因此，在焊条成分设计中选用;8;M8>-高合金系。
20602;和;M高铬铸铁的!H ;M K 一般为26N B 6GN 。
若!H ;M K O 26N ，!H ;K 使铸铁成为共晶或略亚共晶，则一部分共晶碳化物可能形成>1;型碳化物H L/G77B 2677K ，会较大幅度地降低耐磨性及韧性。
一种高强高韧不锈钢焊条的研制
增 值 ≥４ ７
项目
指 标
Ｍａ Ｐ
记 录
Ｒ ＭＰ Ｊ ａ
≥７ ５ ８
Ｊ Ａ （ ％）
Ｉ ≥２ ５
Ａ （５ “ 一 ０℃）
最 基本 元素 ；Ｍｏ ，Ｍｎ对强 度 、塑性 和韧性 的调整 起 重要 作 用 ，Ｎ是 最 有 效 的 固溶 强 化 元 素 ，对 强 度 的
钢 焊 接 、异 种 钢 焊 接 的不 锈 钢 焊 条熔 敷金 属 抗 拉 强
相 富含 Ｃ ，可减 少 相 晶粒 形 成 贫 Ｃ 层 。因此 ，希 ｒ ｒ
望 奥 氏体 中 存 在 ４ １ ％的 ８相 。 另 外 ，提 高 Ｎ ， ％～ ２ ｉ Ｎ含量 对克 服盯 脆化 十 分有 利 ［ 。故研 制 的焊 条 熔 相 ２ ］ 敷 金 属 采 用 Ｃ— ｉ ｒ Ｎ 系 ＋ ６双 相 组 织 ，其 中铁 素 体 含
焊 条 药 皮 碱 度 ，可 降 低 焊 缝 金 属 中 的扩 散 氢 含 量 ， 去 除Ｓ Ｐ ， 等杂 质 ，以提 高焊 缝金 属抗 裂性 能 。 ］ （ ）药 皮 中加 入 一 定 量 的硅 酸 盐 调 整 熔 渣 ，满 ３ 足 全位 置焊 接 。
４ ・ 接设备与材料 ・ ４ 焊
文章 编 号 ：０ ２ ０ ５ （０ ２０ 一 ｏ４ Ｏ １０ — ２ Ｘ２ １）５ ｏ ４ 一 ３
焊 接 技 术
第 ４ 卷 第 ５期 ２ １ １ ０ ２年 ５月
一
种 高 强 高 韧 不 锈 钢 焊 条 的 研 制
涂 政 ，吴 平 安 ，刘 玉 双
一
相 柱 状 晶的方 向性 ，不致 形 成 连 续 贫 Ｃ 层 ；８ ｒ
Fe-Cr-B-C系高硬度高抗裂耐磨堆焊焊条的研制
Fe-Cr-B-C系高硬度高抗裂耐磨堆焊焊条的研制于磊;钟凯;邹文超;李朋【摘要】研制了一种成本较低的Fe-Cr-B-C系高硬度高抗裂耐磨堆焊焊条,使用洛氏硬度计、金相显微镜、扫描电镜及其附带能谱仪、X射线衍射仪分别对堆焊层硬度、化学成分以及显微组织进行了分析.结果表明,堆焊层显微组织主要由马氏体、残余奥氏体、Fe-Cr相、M23(C,B)6、B0.7Fe3C0.3、M7C3等组成,其中硼化物呈菊花状包裹着Fe-Cr相等析出,堆焊合金的宏观硬度达到了65.5 HRC,具有较高的抗裂性与耐磨性.【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2015(018)012【总页数】4页(P5-8)【关键词】堆焊焊条;高抗裂;高硬度;硼化物【作者】于磊;钟凯;邹文超;李朋【作者单位】安徽省特种设备检测院,安徽合肥230051;合肥市特种设备监督检验中心,安徽合肥230071;安徽省特种设备检测院,安徽合肥230051;安徽省特种设备检测院,安徽合肥230051【正文语种】中文堆焊是指在基体表面熔覆特定性能的合金以恢复或改善工件尺寸并赋予工件特殊性能的工艺方法。
堆焊工艺广泛应用于矿山机械、工业轧辊及各类磨损件的修复及再制造[1-2]。
硼是我国储量丰富的元素，硼化物和硼碳化物的硬度与稳定性均高于碳化物[3]。
铬元素用在厚度较大的堆焊层中具有较高硬度的同时兼具良好的经济性[4]。
另外，Cr的加入可以改善FeB基体的性能[5]。
本试验研制了一种以Cr、B 为主要合金系的耐磨堆焊焊条，采用研制的焊条施焊的堆焊层表面宏观硬度达到了65 HRC，堆焊层的耐磨性和抗裂性较好，具有很高的工程应用价值，可应用于矿山机械的生产与修复。
焊条药皮主要成分是石墨、高碳铬铁、硼铁、稀土镁等，此外加入必要的金红石、白云石、云母等作为焊条渣系，并对其添加量做了优化设计。
堆焊层产生裂纹的倾向性随着C含量的增加而提高，因此可以用适量的B代替C来提高堆焊层的抗裂性，此外，B的加入可以提高熔覆层的硬度和耐磨性[6]；Cr除了可以提高堆焊层的淬透性，还是碳化物形成元素，随着Cr含量的增加其形成的碳化物硬质相应增加[7]。
高效高硬度低成本耐磨堆焊焊条的研制
第２９卷第３期焊接学报Ｖ０１．２９Ｎｏ．３２００８年３月ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＩＯＮＭａｒｃｈ２００８高效高硬度低成本耐磨堆焊焊条的研制张清辉，肖逸锋，龚建勋（湘潭大学机械工程学院，湖南湘潭４１１１０５）摘要：研制了一种新型的高教高硬度低成本耐磨堆焊焊条。
焊条中大量加入铁粉和适量的石墨而不加任何矿石粉，少加或不加价贵组分，系统调整焊条药皮配方以及筛选合适的合金组元，既提高了焊条的综合性能又降低了成本。
结果表明，焊条的工艺性能良好，焊条的熔化效率达３ｋｇ／ｈ，熔敷效率达２２６．９％，焊条收得率达８０％，堆焊单层熔敷金属硬度达６７ＨＲＣ，耐磨性为某高铬铸铁焊条的１．５２倍，同时具有较好的抗裂性。
关键词：堆焊焊条；耐磨；高效；高硬度；低成本中图分类号：ＴＧ４２２．１文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—３６０Ｘ（２００８）０３一０００５—０４张清辉０序言随着工业的发展，机械产品不断增加，寿命要求越来越长，在耐磨堆焊领域中要求耐磨堆焊焊条的性能进一步提高。
现有的耐磨焊条综合性能较差，例如硬度高、韧性低、抗裂性较差，大多需要预热，焊接工艺复杂；熔化速度慢、熔敷效率低，使工人在热状态下工作时间较长。
特别是热天预热堆焊时，上述不足更加凸显。
而且，一般堆焊焊条药皮中加有大量起稳弧、造渣、造气等作用的矿石粉，基本上是白消耗而不过渡，对于要求一定厚度熔敷金属的堆焊来说焊条头增多，造成焊条收得率较低，一般在５０％以下［１］。
此外，随着市场行情的变化，焊条原材料不断涨价，有的幅度特别大，如钼铁、钒铁等价格是原来的３—１０倍。
如何降低焊条成本，是研究人员的永恒课题。
针对上述不足和新情况研制了一种高效高硬度低成本的耐磨堆焊焊条。
１焊条的设计１．１焊条药皮组成在焊条药皮中不加任何矿石粉，全由铁粉、石墨、合金组元组成。
这样焊道上基本无渣，可连续进行多道多层堆焊，节省矿石粉的消耗，可大大提高焊条的熔化效率、熔敷效率和焊条收得率。
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Ｍｏｄｅｒｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ 现代焊接
高硬度高抗裂耐磨焊条的研制
Development and production of
electrodes 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。
焊前３５０℃烘干２ｈ， 堆焊三层，直流反接，每层的长度不 小于７０ｍｍ，宽度不小于１５ｍｍ。
焊后
磨除表面１￣２ｍｍ，测试洛氏硬度，线 切割成１０ｍｍ×１０ｍｍ×２５ｍｍ的试块， 打磨抛光，采用４％的硝酸酒精腐蚀观 察金相组织与进行Ｘ射线衍射试验。
焊接工艺参数见表１。
根据改变加入硼铁的含量，将试 验分为以下７组，编号表２。
３ 试验结果与分析
３．１ 硬度试验 根据国标ＧＢ９８４—８５对堆焊层进
行了硬度试验，试验数据如表３。
由表３易知硼铁的含量小于１５％时
其硬度与硼的含量成正比例增长，继 续增加硼铁的含量堆焊合金的硬度略 有下降。
文献［４］认为，堆焊合金中Ｂ 的含量在０．６％时晶粒细化与粗大的硬
１ 焊条药皮的设计
焊条药皮主要是大理石、金红石、 白云石、云母、钛白粉等。
由于堆焊 材料中的合金元素越多并不一定就会
作者简介：张建（１９８７－），男，汉，安徽安庆人，硕士研 究生。
表１ 焊接工艺参数
焊接电压 焊接电流 层间温度 焊接速度
（Ｖ） （Ａ） （℃） （ｃｍ·ｍｉｎ－１）
２５￣２６ １７５￣１８５ １００±１０
１２￣１５
表２ 试验编号
编号 １＃ ２＃ ３＃ ４＃ ５＃ ６＃ ７＃ 硼铁（％） ０ ３ ９ １０ １５ １８ ２３
表３ 各组试验硬度（ＨＲＣ）
编号 １＃ ２＃ ３＃ ４＃ ５＃ ６＃ ７＃ １ ４３ ４９ ４９ ５７．５ ６６ ６４ ６５ ２ ４４ ４５．５ ５２．５ ６１．５ ６５ ６４ ６４ ３ ４６ ４８．５ ５１ ５８．５ ６５ ６４．５ ６３ ４ ５１ ４７ ５１．５ ６１ ６５ ６３．５ ６４ ５ ４９．５ ４８ ４７ ６０ ６４ ６４ ６４
平均值 ４６．７ ４７．６ ５０．２ ５９．７ ６５ ６４ ６４
现代焊接 ２０１０年第１０期 总第９４期 Ｊ－ ２７
现代焊接 Ｍｏｄｅｒｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ
质先析碳化物共同提高耐磨性，继续 增加Ｂ时堆焊合金的先析碳化物和体积 分数发生了细小的变化，导致了Ｂ在堆
焊合金中饱和。
由图２可知，组织中存 在较多的硬质相，因此该堆焊合金可 以获得较高的硬度，所测的硬度可达 到６５ＨＲＣ。
３．２ 抗裂性试验
对于硬度比较高的堆焊合金容易 出现焊接裂纹，因此对于高硬度的堆 焊合金进行抗裂性试验很有必要。
本 试验在焊接各个试样时首先初步判断， 即焊接过程中有无明显的断裂响声， 焊后除渣观察有无明显裂纹；然后将 堆焊合金表面磨除１￣２ｍｍ表面层，采 用放大镜观察表面有无裂纹。
堆焊试 样在焊接时没有听到明显的响声，磨 除表面一层后也没有观察到裂纹。
为 了进一步测试其抗裂性，将３００ｍｍ× ３００ｍｍ×１２ｍｍ的Ｑ２３５低碳钢钢板两端 拘束，用５＃焊条在上面焊一道２００ｍｍ的 焊道，焊接参数与堆焊时的参数相同。
同样方法观察有无裂纹，试验表明焊 接时没有响声，焊后除渣后没有裂纹， 磨除一层后也没有观察到明显的裂纹。
３．３ 堆焊层组织分析
为了更好地了解高硬度高抗裂性 的机理，对５＃堆焊层的显微组织（图２ ￣４）以及Ｘ射线衍射物相分析（图５）。
根据图２与图４所示易知，堆焊合 金的基体组织为马氏体和残余奥氏体， 硬质相主要为Ｃｒ－Ｆｅ相、（Ｃｒ，Ｆｅ）７ Ｃ３ 和 Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６。
其中白色组织为高硬度的 （Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３和 Ｆ ｅ２３（Ｃ，Ｂ）６相 ， 黑 色 组 织 为 Ｃｒ－Ｆｅ与（Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３的共晶组织。
Ｃｒ－Ｆｅ 相、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６为复杂的面心立方晶体 结构，并且（Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３ 具有密排六方晶 体结构。
而由文献［６］可知，（Ｃｒ，Ｆｅ）７ Ｃ３ 棱柱侧面显微硬度在１４００ＨＶ左右，棱 柱横截面的显微硬度在１７００￣１９００ＨＶ
左右；Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６的显微硬度在１０００￣１１００ ＨＶ。
因此，该堆焊合金具有较高的硬 度。
３．４ 耐磨性分析
根据图２所示的金相照片可知，该 组织中主要相是树枝状的（Ｃｒ，Ｆｅ）７ Ｃ３ 等 硬质相。
由文献［７］可知，（Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３具 有很高的耐磨性。
而对于本次试验， 该堆焊合金的硬质相主要以树枝晶的 形式存在，因此在磨损的时候硬质相 以网状的形式存在于磨损表面，使堆 焊合金具有更高的耐磨性。
４ 结束语
４．１ 对Ｆｅ－Ｃｒ－Ｂ耐磨堆焊合金，合理的 设计药皮中Ｃｒ，Ｂ的含量，获得了高硬 度无裂纹的耐磨堆焊合金。
堆焊合金 的硬度可达６５ＨＲＣ。
４．２ 堆焊合金中组织主要是高硬度的 Ｃｒ－Ｆｅ相、（Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３和Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６硬质相， 其显微组织为树枝状分布。
参考文献
［１］ ＣＺＩＣＨＯＳ Ｈ． Ａ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ， ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｉｅｓ［Ｍ］．１９７８． ［２］ ＬＵ Ｌ， ＳＯＤＡ Ｈ， ＭＣＬＥＡＮ Ａ． Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ ａｂｒａｓｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃ ｈａｒｄｆａｃｉｎｇ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｒｂｉｄｅｓ ａｄｄｉｔｉｏｎ［Ｄ］． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ ２ ００３． ３４７：２１４－２２． ［３］ Ｓ．ＣＨＡＴＴＥＲＪＥＥ， Ｔ．Ｋ． ＰＡＬ， Ｗｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｈａｒｄ－ ｆａｃｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｅｓ ｏｎ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ［Ｊ］．Ｗｅａｒ ２００３，２５５：４１７￣４２５． ［４］ ＪＩ ＨＵＩ ＫＩＭ， ＫＡＮＧ ＨＥＥ ＫＯ， ＳＥＵＮＧ ＤＡＥ ＮＯＨ， ＧＹＵＮＧ ＧＵＫ ＫＩＭ，ＳＥＯＮ ＪＩＮ ＫＩＭ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｏｒｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ Ｆｅ－ｂａｓｅｄ ｈａｒｄｆａｃｉｎｇ ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｗｅａｒ ２００９，２６７：１４１５￣１４１９． ［５］张清辉，肖逸峰． 耐磨堆焊中的两重性［Ｊ］．焊接设备 与材料，２００３，３２（４）： ４３￣４５． ［６］王移山，李少华，潘川，柳小坚． 高铬铸铁型自保护 药芯焊丝的研制［Ｊ］．材料研究，２００９，增刊： ５９４￣５９６． ［７］ ＣＨＩＡ－ＭＩＮＧ ＣＨＡＮＧ，ＹＥＮ－ＣＨＵＮ ＣＨＥＮ， ＷＥＩＴＥ ＷＵ． Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ ａｂｒａｓｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃａｒｂｏｎ Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃ ｈａｒｄｆａｃｉｎｇ ａｌｌｏｙ［Ｊ］． Ｗｅａｒ ２０１０， ４３： ９２９ ￣９３４．
Ｊ－ ２８ 现代焊接 ２０１０年第１０期 总第９４期
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