專利名稱：碳化鈦-碳化鋯-碳化釩系高硬度耐磨堆焊焊條的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬焊接技術領域，特別涉及含有碳化鈦、碳化鋯、碳化釩的高硬度不裂耐磨堆焊焊條。
國內(nèi)外已有的高硬度(HRc≥60)耐磨堆焊焊條主要有兩大類，一是高合金鑄鐵系堆焊焊條，其基體組織為高碳合金馬氏體+殘余奧氏體+碳化物[Cr7C3(Ee.M)xCy]等，如蘇э-90B10×5φ2(％C＜3.0、W8.0～14.0、Cr4.0～6.0)、中國堆628(％C3.5～5.0、Cr20.0～35.0、Mo1.0～6.0、V1.0)，日DFCrA(％C5.3、Cr21.5、Nb6.0、V1.8、W3.5)等，二是中國堆707、堆717(％C1.5～4.0、W40.0～70.0 )，上述兩大類焊條主要是靠高硬度的高碳合金馬氏體及高硬質(zhì)點碳化物WC(W2C)、Cr7C3等獲得高硬度焊縫。但由于高碳合金馬氏體硬而脆，WC、Cr7C3等碳化物在晶格類型上分別為正交晶格和六方體晶格，與馬氏體(鐵素體)體心立方晶格完全不同，且晶格常數(shù)差異很大，這些碳化鉻、碳化鎢等硬質(zhì)點“鑲嵌”或“釬接”在馬氏體基體上，由于碳化物硬而脆，且顆粒度較大、易產(chǎn)生裂紋、顆粒破碎和脫落，造成高硬度的耐磨堆焊焊條耐磨性不理想，抗裂性較差。
為了減少和防止焊接裂紋及剝離，已有的高硬度耐磨堆焊焊條，在焊接工藝上規(guī)定焊前工件預熱400～600℃，焊后立即600～700℃回火，再緩冷等，這種采取降低焊接熱應力的高溫預熱及后熱處理，不僅提高了堆焊成本，而且十分嚴重地惡化勞動條件。
由于已有的高硬度耐磨堆焊焊條抗裂性差，焊接極易產(chǎn)生裂紋，施焊時須經(jīng)高溫預熱，極大地限制和阻礙耐磨堆焊工藝的推廣應用。
本發(fā)明針對國內(nèi)外已有的高硬度耐磨堆焊焊條存在的問題，研制一種不用預熱，連續(xù)堆焊不裂、堆焊金屬焊態(tài)硬度HRc≥60，且成本低廉的高硬度耐磨堆焊焊條。
本發(fā)明的技術關鍵在于利用較高韌性的馬氏體基體，加入高硬度的與基體結(jié)合力強的碳化物硬質(zhì)點。主要選擇低碳合金馬氏體基體十彌散分布高硬度的TIC、VC、ZrC硬質(zhì)點。由于低碳合金馬氏體具有一定的硬度，又具有較高的韌性，而高硬度的TiC、CV、ZrC在晶格結(jié)構上都是立方晶格，與鐵素體(馬氏體)相同，且晶格常數(shù)十分接近。由于共格關系，TiC、VC、ZrC與鐵的結(jié)合力遠大于WC、Cr7C3與鐵的結(jié)合力，且TiC、VC、ZrC顆粒細小呈彌散狀態(tài)分布在基體上。另外TiC、VC、ZrC熔點高，在焊縫結(jié)晶凝固過程中成為晶核使焊縫晶粒大大細化，多晶界的強硬化對提高焊逢金屬的耐磨性起到十分有益的作用。
本發(fā)明的碳化鈦-碳化釩-碳化鋯系高硬度耐磨堆焊焊條，其藥皮配方(按重量％)分別為石墨6～15，人造金紅石10～53，鈦白粉5～12，鋯英石3～25，大理石6～15，鎂砂2～10，碳酸鋇3～8，瑩石6～15，F(xiàn)e-Ti10～30，F(xiàn)e-V5～15，F(xiàn)e-B0～3，固體水玻璃1～3。
本發(fā)明利用焊接工藝特高的電弧溫度和熔滴反應區(qū)激烈而充分的冶金過程，由藥皮中加入的石墨，人造金紅石、鈦白粉、ZrO2、Fe-Ti、Fe-V等通過電弧冶金反應生成TiC、VC、ZrC進入焊縫。其反應式為
調(diào)整加入堆焊焊條藥皮中適量的石墨量，通過冶金反應，控制基體中含碳量小于0.30％。在電弧冶金反應下，生成的TiC、VC、ZrC通過熔滴和熔池反應后進入焊縫，使焊縫焊態(tài)組織為低碳合金馬氏體上彌散分布TiC、VC、ZrC等高硬度碳化物。
當通過電弧冶金反應生成的Tic、VC、ZrC等部分進入熔渣和熔池，由于Tic、VC、ZrC等熔點很高，且與熔化金屬和熔渣的界面張力很大，使得熔滴、熔池金屬和熔渣的表面張力、粘度急劇增大，焊縫成型差，特別當冶金反應生成較多的Tic等高熔點碳化物進入熔滴和熔渣時，熔渣與金屬難以分離，使焊接難以進行。本發(fā)明通過控制藥皮配方，并利用固體水玻璃，BaO、MgO、CaO等堿性氧化物造渣，與酸性氧化物TiO2等形成低熔點的復合化合物，且與TiC、ZrC等表面張力降低，使熔渣物理化學性能優(yōu)良，脫渣容易，成型良好，電弧穩(wěn)定，多層焊接時可以不打渣連續(xù)堆焊，這不僅簡化了焊接工藝，而且復蓋在焊逢上的熔渣可在電弧作用下，發(fā)生新的冶金反應生成更多的TiC、VC、ZrC等過渡到焊縫金屬中去，使焊縫金屬硬度比打渣施焊硬度HRc提高1～2。
實施例焊條焊芯采用H08A、φ4.0mm，藥皮配方(重量％)石墨8、人造金紅石38、鈦白粉5、鋯英石8、碳酸鋇2、大理石7、鎂砂3、瑩石8、Fe-Ti12、Fe-V8、固體水玻璃1。在粉碎機的壓輥上連續(xù)多層堆焊未產(chǎn)生裂紋，其熔數(shù)金屬焊態(tài)硬度HRC62～67。
本發(fā)明的碳化鈦-碳化釩-碳化鋯系高硬度耐磨堆焊焊條，是在低碳合金馬氏體的基體彌散分布著與基體結(jié)合力強的高硬度的TiC、ZrC、VC等硬質(zhì)點，具有高硬度、高耐磨性，又有極高的抗裂性。堆焊時，電弧穩(wěn)定，焊縫成型好，并省去焊前工件的高溫預熱處理，可連續(xù)多層堆焊，焊縫不產(chǎn)生裂紋、掉塊和剝離。焊條成本約為堆707焊條的1/3。本發(fā)明徹底解決了已有的高硬度耐磨堆焊焊條耐磨性不理想、抗裂性差及焊前焊件必須高溫預熱處理等長期未能解決的技術難題，可廣泛用于冶金、礦山、農(nóng)業(yè)機械、石油化工機械、交通運輸?shù)裙I(yè)領域的耐磨零部件的制作和修復，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
權利要求
1.一種高硬度耐磨堆焊焊條，其特征在于該堆焊焊條的藥皮組份為(重量％)石墨6～15、人造金紅石10～53，鈦白粉5～12、鋯英石3～25、大理石6～15、碳酸鋇3～8鎂砂2～10、瑩石6～15、Fe-Ti 10～30、Fe-V5～15、Fe-B 0～3、固體水玻璃1～3。
2.根據(jù)權利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊條，其特征在于藥皮中加入的石墨、人造金紅石、鈦白粉、ZrO2、Fe-Ti、Fe-V等通過電弧冶金反應生成TiC、VC、ZrC。
3.根據(jù)要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊條，其特征在于焊條焊態(tài)組織為低碳合金馬氏體上彌散分布高硬度的TiC、VC、ZrC等碳化物硬質(zhì)點，控制基體中含碳量小于0.30％。
4.根據(jù)要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊條，其特征在于熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物形成低熔點復合化合物。
全文摘要
本發(fā)明的碳化鈦-碳化釩-碳化鋯系高硬度耐磨堆焊焊條，首次采用電弧冶金反應形成低碳合金馬氏體上彌散分布高硬度TiC、VC、ZrC等硬質(zhì)點，焊縫焊態(tài)硬度HRc≥60，電弧穩(wěn)定，焊縫成型好，堆焊工件不用預熱，連續(xù)多層堆焊不產(chǎn)生裂紋、掉塊和剝離，具有高硬度，高耐磨性和高抗裂性，本發(fā)明的堆焊焊條可廣泛用于冶金、礦山、農(nóng)業(yè)機械、交通運輸?shù)裙I(yè)領域的耐磨零部件的制作和修復，對強耐磨件、耐沖擊磨損件有突出效果。
文檔編號B23K35/30GK1143002SQ95110589
公開日1997年2月19日 申請日期1995年8月16日 優(yōu)先權日1995年8月16日
發(fā)明者鄒勇, 鄒增大 申請人:山東工業(yè)大學