高铬耐磨堆焊板

高铬耐磨堆焊板

一、发展背景

煤炭行业中煤炭的采掘、分选、储存及运输的过程中都会造成设备机械的严重磨损。在重介质选煤系统中,工件工作环境恶劣,磨损更加严重。磨损主要从材料的表面开始,每年由于磨损造成了大量资源浪费和经济损失,因此致力于耐磨产品研发和表面改性技术的科技研究是必需的。

二、定义

高铬耐磨堆焊板利用明弧堆焊方法制备,焊层层间温度可控,可有效降低焊接热应力,合金粉末配比方便可调,采用快速冷却方法可达到细化晶粒的效果,施焊工艺简单。利用明弧堆焊高铬耐磨板制成的耐磨零部件,已在电力、水泥、矿山、冶金等行业得到广泛推广应用,在煤炭行业中的应用也越来越广泛。

三、高铬耐磨堆焊板的组织特性

目前广泛应用的铬系白口铸铁合金大多采用铸造方法制得,其碳及铬(Cr)的含量都不高。当C r含量≤5%时易得到(Fe,C r)3C型碳化物,且呈连续网状分布(图1)。此种铸态组织通常为共晶碳化物和珠光体,因组织中存在大量碳化物,且显微组织表现为各向异性,性能波动大,且因连续网状碳化物对基体的割裂作用,造成材料韧性储备小、易脆断。

高铬耐磨铸铁的C r含量在12%~28%,含碳量2.4%~3.6%,是目前使用最广泛的一种耐磨材料。其特点是韧性和耐磨性较高,组织形态如图2所示。其碳化物以(Fe,C r)7C3形式出现,显微硬度在HV1500~1800。碳化物呈显微棒条状,作横向切割时可发现这种碳化物以六方晶体生长。

适当提高铬和碳含量及控制C r/C比,可有效提高材料耐磨耐冲击性能。但是铸造铬系白口铸铁的碳以及铬含量都较低,而且由于得到的都是亚共晶或共晶组织,组织中碳化物含量较低,抵抗应力磨粒磨损的性能不如过共晶组织。而要得到过共晶组织,就要提高铬系白口铸铁中的碳含量,但是碳含量超过3%的高铬铸铁高温浇铸补充不充分时,会出现大量肉眼即可看到的针状晶体,晶体之间有显微空隙,类似疏松,磨损中容易脱落,造成磨损加剧;会在铸造中产生很大的铸造应力,甚至产生热裂纹,在厚大铸件中会产生热应力,导致铸件变形或开裂。因此,想用铸造方法获得超高碳高铬含量的耐磨合金材料比较困难。

利用明弧堆焊方法制得的堆焊合金具有良好的耐磨性,堆焊金属与母材的结合性良好,

堆焊过程中,高铬铸铁堆焊金属产生垂直于焊缝的应力释放裂纹,可以减少堆焊合金断裂脱落的可能性。因此用堆焊的方法可以实现超高碳高铬合金组织研究的目的。耐磨层由共晶的渗碳体、合金马氏体、残余奥氏体组成基体;其上均匀分布大量高耐磨M7C3型碳化物,碳化物的硬度可达HV1700,是构成高耐磨结构的骨架。碳化物呈六方晶体生长,垂直于堆焊层表面。基体与硬质抗磨质点的最佳配合,使材料具有优异的耐磨性,其显微组织如图3所示。

四、耐磨堆焊板的性能特点

高铬耐磨堆焊板采用国际耐磨复合钢板通用的合金体系,具有优异的抗磨粒磨损性能,耐磨层与基材实现良好的冶金结合,结合处无氧化物夹杂、裂纹、气孔等缺陷,耐磨层厚3.5~ 12.0mm,表层宏观硬度在56~62HRC。耐磨性大大高于热处理耐磨钢、铸造耐磨铸铁。基板采用塑性很好的低碳钢板,可在受冲击的过程中吸收能量,使得高铬耐磨复合钢板具有很强的抗冲击性能和抗裂性能,可应用到振动、冲击较强的工况条件下。

此外,高铬耐磨堆焊板的机加工性能良好,其表面的细丝状应力释放裂纹,可避免耐磨复合钢板在机加工过程中发生脱落、剥离。耐磨堆焊板可制成标准尺寸的板材,可向内冷弯成形,冷滚圆时最小曲率半径为600mm。可用等离子弧、碳弧等热源切割,用塞焊、端面焊或背面焊接螺栓的连接方法与其他工件连接在一起。

使用耐磨复合钢板制造机件的造价较普通材料有所提高,但机件的使用寿命增长,综合考虑维修费用、备件费用和停机损失,其性价比要比普通材料高2~3倍,单位面积所需费用仅为使用同种成分手工焊条堆焊的一半。

五、应用状况

高铬耐磨复合板适用于多种磨损工况条件下,具有良好的耐磨性、耐冲击性和良好的抗氧化性。重介质选煤系统中利用明弧堆焊高铬耐磨堆焊板,可直接切割下料制作成耐磨零部件安装。例如制成耐磨弯头应用在输煤管道中,可有效抵抗煤粒的低应力磨料磨损作用,延长弯头的使用寿命;可根据溜槽输送的煤质特性,制作满足不同耐磨抗冲击性能的耐磨复合板,铺设在溜槽底部以增强其耐磨性,延长溜槽的使用寿命,检修操作方便;另外在介质分流箱、落煤溜槽、旋流器溢流管、入料保护箱等设备中作为表面耐磨层,均应用良好。

六、结语

利用明弧堆焊工艺制成的高铬耐磨堆焊板具有良好的力学性能和使用性能。合理选择药芯焊丝进行明弧堆焊,制备满足不同介质输送需求的耐磨板,可有效延长工件使用寿命,降低企业设备投资,提高生产效率。推动重介质选煤技术的发展,将其广泛应用于重介质选煤行业中,可有效延长工件的使用寿命,提高洗选效率,具有广阔的发展前景。

参考文献

胡建平，1984年生，北京佳倍德工程技术有限公司，研发工程师，毕业于北京工业大学材料学院，硕士研究生学历，主要从事表面工程耐磨焊丝，电弧喷涂材料的研发。