【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接材料领域，尤其涉及一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝及其制备方法。
技术介绍
1、锤式破碎机锤头、冲击破碎机的冲击板机打击板等件，它们在高速旋转中将矿石击碎(或将高速冲上来的矿石撞碎)。高应力冲击磨料磨损行为广泛存在于矿山、能源、冶金、电力等行业的机械设备中，由此造成的经济损失是非常巨大的。
2、高碳合金钢、高铬钢、高铬铸铁等耐磨材料硬度足够但冲击韧性偏低，易发生早期断裂。传统奥氏体耐磨锰钢冲击韧性充足但原始硬度偏低，强冲击时产生表面加工硬化，同时高锰钢屈服强度较低(约350mpa)，在使用中尤其是使用前期工件易发生塑性变形。低合金耐磨钢硬度和冲击韧性虽然都能满足要求，但由于其合金含量低，淬透性差，基体组织中硬质相含量少，综合耐磨性能欠佳。
3、传统的药芯焊丝多为自保护耐磨堆焊药芯焊丝，在药芯中需要加入少量的造渣剂和造气剂，目的为保护焊缝、改善焊接性、改善堆焊合金的综合力学性能。等离子堆焊中有氩气保护焊缝，可发挥造渣剂和造气剂的作用。目前少有针对等离子堆焊的药芯焊丝，因此开发针对等离子堆焊的新型药芯焊丝变得尤为重要，可满足工程实际需要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝及其制备方法，通过添加mn、nb、mo、v、b、ti解决高应力冲击磨损时合金层易产生裂纹、容易剥落的问题。能够适应强烈冲击的工况条件，具有抗高应力冲击、抗裂纹扩展、耐磨粒磨损性能。
2、为实现上述目的，本专利技术通
3、一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯由以下重量百分比的原料组成：石墨粉1wt％～3wt％、高碳铬铁粉1wt％～3wt％、微碳铬铁15wt％～27％，碳化铬粉13wt％～22wt％、钼铁粉1wt％～5wt％、钒铁粉1wt％～4wt％、铌铁1wt％～5％、碳化硅粉1wt％～2wt％、硼铁5wt％～15％、碳化钛粉1wt％～5％，电解锰粉1wt％～3wt％，余量为还原铁粉；所述外皮为低碳冷轧钢带。
4、所述的高碳铬铁粉、微碳铬铁粉、碳化铬粉末、电解锰粉、还原铁粉的粉末粒径≤250um；所述的钼铁粉、钒铁粉、铌铁粉、硼铁粉、碳化硅粉、碳化钛粉的粉末粒径≤180um；石墨粒径≤75um。
5、所述药芯焊丝的直径为1.2～2.8mm。
6、一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
7、1)将所述药芯的原料混匀，置于真空加热炉内加热烘干，待药芯粉末冷却至室温后，再置于混粉机中进行充分的混合，得到混合药芯粉末；
8、2)低碳冷轧钢带制成u形槽，向u形槽中加入占所述药芯焊丝总重量30％～50％混合药芯粉末；将u形槽合口，药芯包裹其中，通过逐道拉拔、减径，最后得到直径为1.2～2.8mm的药芯焊丝。
9、步骤1)中所述的烘干温度为200～250℃，烘干时间为90～180min。
10、步骤1)混粉机中混粉时间为30～60min。
11、fe-cr-c系合金主要强化相为m7c3碳化物，耐磨性能良好且价格低廉，是应用最广泛的铁基耐磨材料。m7c3碳化物在低应力磨料磨损环境下应用效果较好，但m7c3碳化物抵抗高应力磨损的能力不足，受到冲击时容易开裂和剥落。且当m7c3型碳化的体积分数超过35％时，堆焊合金的硬度不再增加，产生裂纹的倾向增大。
12、为了提高耐高应力冲击磨损的能力，需要降低c元素和cr元素含量，通过添加nb、mo、v、b、ti多种元素来提高堆焊合金的耐冲击磨损能力。在堆焊金属中，ti与c可以形成tic，其显微硬度可达hv3200，对堆焊合金起弥散强化作用。并且ti可以作为熔池中金属的形核质点，阻碍碳原子的扩散，促进堆焊合金晶粒细化。nb可以生成nbc，熔点为3500℃，显微硬度为hv2400。nb可以提高焊缝的冲击韧性，有效地细化晶粒强化组织。nb还可以吸收过量的c原子，降低基体的含碳量，改善堆焊合金的韧性和耐磨性。v元素可以生成细小的碳化物vc与v2c，也可抑制晶粒的生长。除了形成单独的tic、vc、nbc等，多种合金元素的添加还会形成(nb,ti,v)c复合碳化物，复合碳化物比(cr,fe)7c3碳化物具有更高的硬度和热稳定性，可以进一步提高堆焊合金组织稳定性及耐磨性。此外，使用多元复合添加的方法可能在保证形成mc型一次复合碳化物的条件下，将强碳化物形成元素的添加总量控制在较低的水平，从而达到节约成本、少量多元强化的目的。
13、b在fe-cr-c系合金中主要是作为一种间隙原子存在，与碳的作用相当，能够与合金元素相互作用直接形成硼化物，提高堆焊合金的硬度和耐磨性。另外，硼也可以代替一部分碳，固溶到mc和m7c3碳化物中，增加这些碳化物的硬度。硼在铁基体中的固溶量很小，一般聚集在晶界附近，能起到晶界强化的作用。适量的硼能够细化基体组织和碳化物晶粒，提高铁基堆焊合金的淬透性、硬度和耐磨性。且b会与fe、ti等元素形成tib2、fe2b等硼化物，细小弥散分布，起到弥散强化的作用，也能明显细化晶粒。初生碳化物呈细杆状垂直于磨损面。基体组织由马氏体和少量奥氏体组成，强化相和基体强韧性匹配良好，在提高堆焊合金的抗高应力磨损方面有很大优势。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
15、1、本专利技术的药芯中通过添加mn、nb、mo、v、b、ti解决高应力冲击磨损时合金层易产生裂纹、容易剥落的问题，并具有熔敷金属耐磨粒磨损、抗高应力冲击性能，满足高应力冲击磨损的服役工况要求。
16、2、本专利技术制备到堆焊合金组织中，形成了大量亚微米级的nb、tic、vc、fe2b等多种细小硬质相，它们均匀分布在晶界和晶内处，起到弥散强化和细晶强化的作用，提高基体的硬度至60～65hrc。
17、3、本专利技术的药芯焊丝可以大大提高堆焊合金的硬度和耐磨性，且不会降低堆焊合金的韧性；堆焊层中无裂纹，无气孔、夹渣、咬边等缺陷；堆焊层冲击磨损实验中无裂纹、无掉块现象。
18、4、本专利技术中无需造渣剂和造气剂，仅通过药芯粉末的合理配比和氮气保护实现堆焊层的抗高应力磨损性能，经济实用性强。
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1.一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝，其特征在于，包括外皮和药芯，所述药芯由以下重量百分比的原料组成：石墨粉1wt％～3wt％、高碳铬铁粉1wt％～3wt％、微碳铬铁15wt％～27％，碳化铬粉13wt％～22wt％、钼铁粉1wt％～5wt％、钒铁粉1wt％～4wt％、铌铁1wt％～5％、碳化硅粉1wt％～2wt％、硼铁5wt％～15％、碳化钛粉1wt％～5％，电解锰粉1wt％～3wt％，余量为还原铁粉；所述外皮为低碳冷轧钢带。
2.根据权利要求1所述的一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述的高碳铬铁粉、微碳铬铁粉、碳化铬粉末、电解锰粉、还原铁粉的粉末粒径≤250um；所述的钼铁粉、钒铁粉、铌铁粉、硼铁粉、碳化硅粉、碳化钛粉的粉末粒径≤180um；石墨粒径≤75um。
3.根据权利要求1所述的一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径为1.2～2.8mm。
4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利
6.根据权利要求4所述的一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤1)混粉机中混粉时间为30～60min。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝，其特征在于，包括外皮和药芯，所述药芯由以下重量百分比的原料组成：石墨粉1wt％～3wt％、高碳铬铁粉1wt％～3wt％、微碳铬铁15wt％～27％，碳化铬粉13wt％～22wt％、钼铁粉1wt％～5wt％、钒铁粉1wt％～4wt％、铌铁1wt％～5％、碳化硅粉1wt％～2wt％、硼铁5wt％～15％、碳化钛粉1wt％～5％，电解锰粉1wt％～3wt％，余量为还原铁粉；所述外皮为低碳冷轧钢带。
2.根据权利要求1所述的一种耐高应力冲击磨损等离子堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述的高碳铬铁粉、微碳铬铁粉、碳化铬粉末、电解锰粉、还原铁粉的粉末粒径≤250um；所述的钼铁粉、钒铁粉、铌铁粉、硼...
【专利技术属性】
技术研发人员：司姗姗，李彬周，姜圆博，张大越，王一甲，郭秀芳，徐海涛，刘宝权，孙瑞琪，
申请(专利权)人：鞍钢集团北京研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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