專利名稱：新型代鈷鎳基耐磨堆焊合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨堆焊用的合金材料。
在現(xiàn)有的代鈷耐磨合金中，鎳基合金是數(shù)量最多的一類，其中低硼低碳系鎳基合金，根據(jù)Cr、W、Si等強(qiáng)化元素含量匹配的不同，又可分為高Cr低Si型(Cr≥20%，Si＜4.5%，如美國專利US4515869)、低Cr高Si型(Cr＜20%，Si≥4.5%，如日本專利昭55-31127)和高Cr高Si低W型(Cr＞20%，Si＞45%，W≤5%，如美國專利US4404049，日本專利昭57-164950)等?，F(xiàn)有的代鈷材料在確定合金的化學(xué)成份時，往往偏重于研究單個元素變化時，對性能的影響規(guī)律，而較少研究多種元素同時存在，同時變化時的綜合影響，因而現(xiàn)有的鎳基合金僅在某項或某幾項性能上達(dá)到鈷基合金的水平。上述這些合金的金相組織基本上是模擬原鈷基Stellite No6合金的組織形態(tài)被固溶強(qiáng)化了的Ni固溶體基體加上共晶(碳化物、硼化物或硅化物等與固溶體形成的二元或三元共晶)或加上
散分布的碳化物。這樣的組織形態(tài)由于固溶體和共晶強(qiáng)化相在高溫下都要軟化，而
散分布的碳化物又起不到阻止基體在高溫磨損過程中產(chǎn)生塑性變形的作用。因此現(xiàn)有的代鈷合金(包括原鈷基stellite No6合金)在高溫下的耐粘著磨損能力不夠理想。另外，由于共晶強(qiáng)化相在固溶體晶界呈網(wǎng)狀連續(xù)分布，降低了材料的塑性、韌性和抗晶界腐蝕能力。
本發(fā)明的目的在于研制一種耐高溫粘著磨損性能優(yōu)異，具有高的抗晶間腐蝕能力，同時在其它性能上(包括硬度、耐磨粒磨損、抗擦傷性，耐腐蝕性、抗高溫氧化性、熱耐久性、抗裂性及工況使用性等)達(dá)到鈷基StelliteNo6合金水平的無鈷鎳基合金，以便在高溫高壓及核電閥門或其它易磨損零件的堆焊中代替鈷基StelliteNo6合金。
本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金主要由C，Si，Cr，W，B，Cu元素組成，這些元素的含量為C0.3～1.5%;Si4.5～8%;Cr20～35%;W5～15%;B0～1.0%;Cu＜3%;其余為Ni(均為重量百分比)。
本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金為低C(C≤1.5%)，低B(B≤1.0%)，高Cr(Cr≥20%)，高Si(Si≥4.5%)，高W(W≥5%)型鎳基合金。該合金的組織形態(tài)為固溶強(qiáng)化的硬度適中的Ni基γ固溶體加數(shù)量足夠多的大尺寸的多面體狀Cr、Ni、W、Si型金屬間化合物加大棒條狀的(Cr、W)7C3型一次碳化物(見

圖1)。該組織形態(tài)有著在高溫下極強(qiáng)的抗塑性變形的能力，因而具有優(yōu)異的耐高溫粘著磨損性能。
本發(fā)明是用正交設(shè)計法系統(tǒng)地研究了多種強(qiáng)化元素同時存在，同時變化時對全面性能的綜合影響后，得出了各強(qiáng)化元素之間的合理匹配關(guān)系，從而確定了該合金的成份范圍，使合金元素含量在此匹配條件下，能保證獲得設(shè)計的組織形態(tài)及最佳的全面性能。
本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金中確定各元素含量范圍的原則是C含量若太低(＜0.3%)，則會降低合金硬度，形不成所需的大棒條狀M7C3碳化物;若C含量太高，超過1.5%，則C和Cr、W等元素形成過量的碳化物，得不到所設(shè)計的大尺寸多面體形的Cr、Ni、W、Si型金屬間化合物。從而硬質(zhì)相中單純由大棒條狀碳化物組成，使合金的塑性、韌性嚴(yán)重下降，達(dá)不到使合金既具有良好的抗高溫粘著磨損性能，又有足夠韌性的目的。
本發(fā)明合金中一般不加硼，如為了改善制粉工藝性，可少量加入，但不得大于1%。這樣可使合金中不形成脆性硼化物相，不會降低合金的塑性、韌性。
高Cr、高W、高Si(Cr≥20%、W≥5%、Si≥4.5%)可以保證Cr、W的一部份形成(Cr、W)7C3型碳化物，而且還保證有部份形成Cr、Ni、W、Si型金屬間化合物。三種元素中任何一種含量不夠，都得不到所需的組織形態(tài)。但含量超過所定范圍，會使合金變脆或降低合金的堆焊工藝性。
本發(fā)明合金中加入Cu可提高合金的耐粘著磨損能力。但含量過高會使合金變脆，因此以Cu≤3.0%為宜。在本發(fā)明合金中，如B＝0.5～1.0%時，Cu≤2%。
為保證本發(fā)明合金的高溫性能，應(yīng)控制Fe≤2%。
本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金的金相組織，在高溫下雖然Ni固溶體硬度下降，在進(jìn)行金屬間粘著磨損時，有產(chǎn)生塑性變形的趨勢，但由于金屬間化合物和碳化物在高溫下不軟化，而它們的尺寸又足夠大，足以阻止材料產(chǎn)生塑性變形。所以本發(fā)明合金在高溫下有比StelliteNo6合金高得多的抗高溫粘著磨損性能，因此本發(fā)明合金特別適用于高溫高壓閥門密封面的堆焊;本發(fā)明合金的組織中沒有像鈷基Stell-iteNo6合金中那種沿晶界呈網(wǎng)狀分布的脆性共晶相;固溶體硬度適中，因此本發(fā)明合金具有優(yōu)于StelliteNo6合金的抗晶間腐蝕性能和足夠的韌性、塑性，因而本發(fā)明合金也特別適合作為需要耐晶間腐蝕的不銹鋼閥門密封面的堆焊材料及用作安全閥密封面的堆焊材料;本發(fā)明合金屬于無Co、低B低Fe的Ni基合金，可適用于原子能工業(yè)的閥門中;本發(fā)明鎳基代鈷合金，在全面性能上達(dá)到了StelliteNo6合金的水平(見表1)，且資源立足于國內(nèi)，因此本發(fā)明合金可在較廣范圍內(nèi)代替鈷基StelliteNo6合金。
現(xiàn)在對本說明書所附圖表說明如下圖一為本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金的金相組織圖。
表一為本發(fā)明鎳基合金與StelliteNo6鈷基合金性能對比一覽表。
下面介紹本發(fā)明合金的制備方法及實施本發(fā)明的幾個實例。
本發(fā)明合金可用工業(yè)原料按本發(fā)明的成份用高頻感應(yīng)爐冶煉，用水霧化或氮氣霧化將冶煉的液體金屬霧化成合金粉末，供粉末等離子弧堆焊使用。也可將本發(fā)明的成份用高頻感應(yīng)爐冶煉后澆鑄成φ5m/m的焊絲，供氧乙炔或鎢極氬弧堆焊使用。還可將本發(fā)明合金制成焊條，供手工電弧堆焊使用。
本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金典型成份(重量%)CSiCrWBCuNiFe1.55.5256.501.0余＜21.05.02250.51.0余＜20.65.02070.81.0余＜2上述典型合金在比壓為47kg/cm2，轉(zhuǎn)數(shù)為60轉(zhuǎn)/分的金屬間粘著磨損試驗機(jī)上進(jìn)行600℃高溫粘著磨損試驗，旋轉(zhuǎn)1800轉(zhuǎn)后磨損量約為0.03～0.01g，約為同等試驗條件下Stellite No6合金磨損量的1/5左右，故本發(fā)明合金的耐高溫粘著磨損性能約為Ste-lliteNo6合金的5倍。用D法(硫酸銅法)進(jìn)行抗晶間腐蝕試驗，試驗后用金相法觀察材料晶間腐蝕傾向，本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金的試驗結(jié)果明顯優(yōu)于StelliteNo6合金。沒有晶間腐蝕傾向。其余性能如常溫、高溫硬度、耐磨粒磨損性能、抗腐蝕性能等均達(dá)到Stellite No6合金水平。
權(quán)利要求
1.一種代鈷鎳基耐磨堆焊合金，主要由C、Si、Cr、W、B元素組成，本發(fā)明的特征在于，該合金中主要元素的含量為C∶0.3～1.5%；Si4.5～8%；Cr20～35%；W5～15%；B0～1.0%；Cu＜3%；其余為Ni(均為重量百分比)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代鈷鎳基耐磨堆焊合金，其特征在于，F(xiàn)e≤2%(重量百分比)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代鈷鎳基耐磨堆焊合金其特征在于，B0.5～1.0%，Cu≤2%(重量百分比)。
全文摘要
一種代鈷鎳基耐磨堆焊合金，主要由C，Si，Cr，W，B，Cu元素組成，屬於低C，低B，高Cr，高Si，高W型鎳基合金。它具有優(yōu)異的耐高溫粘著磨損性能和抗晶間腐蝕性能。該兩項性能均優(yōu)于鈷基stellite No6合金，同時在硬度、耐磨粒磨損，抗擦傷，耐腐蝕性，抗高溫氧化性，熱耐久性，抗裂性及工況使用性等其他性能上均達(dá)到鈷基Stellite No6合金的水平。本發(fā)明代鈷鎳基耐磨堆焊合金可在高溫高壓及核電閥門或其他易磨損零件的堆焊中代替鈷基Stellite No6合金。
文檔編號B23K35/30GK1035530SQ87103599
公開日1989年9月13日 申請日期1987年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1987年5月19日
發(fā)明者董祖玨, 黃國梁, 何實 申請人:機(jī)械工業(yè)委員會哈爾濱焊接研究所, 上海閥門廠