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耐磨焊丝-耐磨焊条

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Fe-Cr-B耐磨焊条的研究与制备

 

Fe-Cr-B耐磨焊条的研究与制备

1    引    言

       随着我国工业的飞速发展,亟待开发多种新型的堆焊材料以满足现行生产的需要。国内外目前开发的耐磨堆焊材料的种类较多,主要铁基耐磨堆焊材料,钴基耐磨堆焊材料,镍基耐磨堆焊材料,合金铸铁堆焊材料,高铬铸铁堆焊材料等。但这些材料中加入的W、Mo、V、Ni等金属价格昂贵,焊条的成本也非常高。

       B对堆焊合金有着较强的强化作用, 是化学性极为活泼的元素之一。它不仅同氮、氧有很强的亲和力,还能和碳形成碳化物,如:B4C(或BC),与铬、铁等金属形成极硬的硬质物,如:CrB、Cr2B、FeB、Fe2B等。这些化合物在堆焊合金中弥散分布时,有利于提高合金的硬度和耐磨性,特别是微量的硼或硼化物在奥氏体中形成间隙固溶体,主要分布在点阵缺陷处时, 其强化效果更好[1],[2],[3]。B会形成碳化硼,硼化铬等硬质相,对提高焊条的耐磨性有很大的帮助。B的加入可显著提高合金的耐磨性,但抗裂性下降,加入Ni可增加合金的韧性,降低裂纹倾向[4]。          

       应用在耐磨堆焊焊条的药皮渣系主要有:CaO-CaF2-SiO2[5],CaO-CaF2 -TiO2[6],CaO-CaF2-TiO2-ZrO2[7],CaCO3 -CaF2-SiO2-TiO2,CaCO3-CaF2-石墨,CaCO3-CaF2-SiO2-稀土氧化物,以及钛钙型渣系。本焊条采用的基本合金系统为Cr-Mo-V-B-C,根据堆焊合金的需要再加入一定量的Mn、Si元素。

2     实验过程  

2.1   试验材料  

2.1.1 焊条焊芯   

      该焊条焊芯材料为H08A焊丝。  

2.1.2 腾傅会官网诚信为本药皮   

      焊条药皮由大理石、白云石、萤石、稀土硅、白云母、钛白粉、金红石、白泥、硅铁、锰铁、钛铁、石墨、铬铁、钼铁、钒铁、硼铁和钠水玻璃等组成。  

2.2   试验方法        

      按照计算好的药皮配方,手工搓制成焊条,并待焊条药皮完全定型后放入箱式电阻炉中烘干。

      焊条烘干后进行焊接,焊接时,先沿着试板(材料:A3)的中间连续纵向堆焊一道焊缝,冷却敲渣后再堆焊第2层、第3层。    

      待焊接试样空冷至室温后,将试板的表面的熔渣打磨掉,用线切割机分别切出第1、第2、第3层焊道的试样, 并将试样磨平,为后续性能测试做准备,包括硬度测试、焊缝的金相观察、抗冲蚀磨损实验。

3     实验结果与分析  

3.1   焊条工艺性        

      通过焊接过程及焊后对焊缝的观察,发现本焊条的稳弧性,引弧及再引弧性能都极好,焊缝成型性能和脱渣性能也比较好,且施焊时产生的烟尘也及对人体有害的气体也不多。  

3.2   合金元素在堆焊合金中的作用  

3.2.1 钼、钒在堆焊合金中的作用        

图1显示了钼含量对焊缝组织的影响。由图1可得,随着钼含量的增加,焊缝组织明显的变细。钼属于强化固溶体的元素,能减缓扩散过程的发生, 当合金中钼含量较低时,钼与铁及碳形成复合的渗碳体;当钼含量较高时, 则形成钼的特殊碳化物,如MoC、Mo2C 等,对合金起到了强化作用。

          含钒铁含量对焊态组织的影响。钒和碳、氮、氧有极强的亲和力, 并与它们生成稳定化合物。由于钒的碳化物和氮化物的熔点都很高,在液态熔池金属的凝固过程中很快成为结晶的晶核,从而使堆焊层的组织和晶粒得以细化,使堆焊层的强度、硬度和韧性都得到提高。


3.2.2  硼在堆焊合金中的作用

       固定钼铁含量为1.25%,钒铁含量为1%,研究B对堆焊合金的影响。

       B元素对堆焊层宏观硬度的影响见表1。该堆焊合金中,当含硼量较低时, 由于硼与合金生成低熔共晶物,焊缝的表面易于出现少量的热裂纹;当含硼量升高到一定值时,由于焊缝中出现了较多的低熔点共晶物而在晶界产生“愈合”作用,使热裂纹消失;当含硼量进一步增加时,则由于V、Mo 等元素的作用,控制了焊缝中碳化硼的生成,过剩的硼将不能以硬质相的形式存在,而是偏析于晶界,增加了裂纹的敏感性,8#试样的第一堆焊层即是因为裂纹原因而无法测其硬度。
       
3.3    堆焊合金的抗裂性能        

       本文利用直接观察的方法对堆焊焊缝的抗裂性进行了观察及分析,观察裂纹出现的部位和出现的条数来分析堆焊合金的抗裂性。

       经过观察,产生的裂纹既有沿晶发展,比较曲折的热裂纹,又有沿晶﹑穿晶发展两种趋势,且裂纹比较平直的冷裂纹。

       该焊条焊接试样中出现了与母材平行的裂纹,说明焊条药皮成分的热膨胀系数与母材相差太大。堆焊合金的线膨胀系数与母材相差比较大、硬度高、可塑性低,且所加入的能提高合金淬硬性的元素比较多,如Mo、Cr、B,使得堆焊焊缝淬硬性比较高,故焊后易于出现裂纹。图5为多层焊中出现的裂纹,由图可以看出其裂纹断口粗糙不光滑,既有平直部分又有曲折部分,部分沿晶发展,部分穿晶发展,是冷裂纹和热裂纹的综合。


3.4    堆焊合金的耐冲蚀磨损性能        

       本文分别将所研制堆焊合金的焊态试样6#、7#和8#的第三堆焊层进行冲蚀试验,试验条件为:实验温度为室温,采用过30目筛的石英砂对试样进行冲击,采用气体为压缩空气,气流0.4MPa(即冲击力为4kg),参比试样是硬度为45~50HRC的淬火钢(45 钢)。试验时先磨掉试样表面的熔渣,使露出焊缝组织,冲洗干净并吹干后在精度为万分之一的电子分析天平上称重,然后进行冲蚀试验,每隔3min称重一次。每次称重时都要洗去试样表面的沙粒,并用吹风机吹干。相邻两次重量之差即为绝对磨损量。        

      其中,相对耐磨性ε是堆焊合金与标准材料磨损量的比值,ε值越大, 表示堆焊件的耐磨性越高[8]。         ε=标准试样的绝对磨损量/堆焊试样的磨损量。         通过查阅资料可知:耐磨性是随着宏观硬度的增加而增加的。然而由表中数据,得出的结论是:随着硬度的增加,耐磨性逐渐降低。经分析,原因主要有以下几点:   3.4.1 试验条件的限制:试验时采用的是自制冲蚀磨损试验机,气体为压缩空气。因为石英砂的湿度稍大,常会出现停止漏砂的情况,而且每次试验时,气体的压力调节也会有误差,使试验结果产生误差。   3.4.2 磨损试样本身存在差别:试样脆性较大,在对试样进行处理时,7#试样被摔断,使其冲蚀面积减小,而且其表面有较多的气孔,耐磨性变差, 而6#试样的表面质量是最好的,这也使试验出现误差。   3.4.3 冲蚀位置和方式的影响:本研究所研制的焊接焊缝试样脆性较大,属脆性材料。对于脆性材料来说,冲蚀角度为90°时,即石英砂垂直喷射在试样表面时,磨损量是最大的。45钢属韧性材料,冲蚀角度越小,磨损量越大。在现有的试验条件下,冲蚀时只能保持90°冲蚀,故45钢很难磨损。   3.4.4 该焊接试样脆性比较大,而韧性较差,这种材料在低应力磨损时耐磨性较好。但当硬度较高,冲击力较大时,表面层就会出现崩裂,使得磨损严。45钢为韧性材料,适合高应力磨损。本冲蚀试验的冲蚀力为4kg,力比较大,使两种材料的磨损程度不同, 造成试验结果的不准确。       综上所述,堆焊合金的耐磨性除了与合金的硬度有关外,还与其晶体结构、晶体取向、表面质量和服役条件有关。 4     结束语   4.1   该焊条的稳弧性,引弧及再引弧性能都极好,焊缝成形性能和脱渣性能也比较好,且施焊时产生的烟尘也及对人体有害的气体也不多。   4.2   合金元素对本堆焊合金性能的影响具有多重性,在一定范围内,随合金元素含量的增加,堆焊合金的硬度会提高,但超过一定量时,反而产生不利影响。   4.3   本堆焊合金的焊态组织为马氏体, 其内部分布着大量的碳化物、硼化物、金属间化合物等强化相,对提高堆焊合金的耐磨性有很大益处。   4.4   堆焊合金的硬度对其耐磨性有一定影响,基本趋势是:硬度越高,耐磨性越好。除了硬度之外,影响耐磨性的因素还有晶体结构、晶体位相、合金的表面质量与服役条件等。   4.5   在高铬铸铁合金中用B来代替Mo 和V等贵重金属,可以形成碳化硼、硼化铬等硬质相,在保证堆焊合金耐磨性的前提下,降低了焊条的生产成本。         由于实验条件的限制,对耐磨性的测试不是很理想,后续工作中有待进一步研究。

 

2013-9-7 | Tags: | 腾傅会官网诚信为本 | 查看评论(0)

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