新型高硬度耐磨焊条

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1、http://www.paper.edu.cn新型高硬度耐磨焊条程尚华，张玉凤，孙丹丹，孙志远，王怡然天津大学材料学院材料加工工程，天津(300072)E-mail：csh198382@126.com摘要：本文所研制的焊条采用H08A焊芯，钒铁、钛铁、金属铬、金属镍、石墨和大理石等药皮组分，通过焊缝成分控制马氏体相变温度，探索性地研制了新型耐磨、免预热堆焊焊条。通过能谱分析、磨粒磨损试验、焊条工艺性能试验以及硬度测试，系统地研究了焊条药皮组分对堆焊层硬度、耐磨性和抗裂性的影响。实验母材样板为常用于轴类钢材的中碳钢45号钢，试验结果表明，焊缝金属的组织以马氏体组织为主，

2、残余奥氏体分布于其中。通过电弧高温冶金反应，药皮中钒铁、钛铁和金属铬与石墨反应生成VC、TiC和Cr3C7等硬质相，并弥散分布于板条状马氏体和残余奥氏体的基体上。堆焊层具有良好的耐磨性和抗裂性。焊前无需预热，焊后不产生裂纹。关键词：堆焊焊条低相变点耐磨、免预热抗裂中图分类号：TG421引言耐磨焊条在冶金、矿山、水泥、机械等行业的应用非常广泛，有很多的科研工作者进行了大量的研究。国内外的焊接工作者经过多年的努力，通过多种工艺方法发展了耐磨堆焊技术，已研制出40多个系列60多种牌号的耐磨堆焊焊条如日本的HF－950、美国的[1]Faceweldl2、瑞典的OKE4－60S

3、、中国的D667、D618、EDC68堆焊电焊条等，这些成果大幅度提高构件的综合技术指标，提高了构件的使用寿命，同时节省了大量贵重金属。这些堆焊焊条基本上是通C、Cr、W合金形成高碳高硬度的莱氏体、马氏体基体和CrxCy、WC硬质相，虽然在硬度方面能满足使用要求，但当硬度≥40HRC时，其抗裂性变差，为了防止产生裂纹，均要求焊前将工件预热300—600℃，这不仅严重恶化劳动条件，而且还[2]显著地提高成本。此外，由于这些硬质点颗粒大、脆性大，特别是与铁的结合强度低，在堆焊和磨损过程中常因大块的硬质点脆裂和脱落，而导致堆焊层失效，直接影响到耐磨堆焊[3]焊条的推广应用。

4、因此迫切需要研制一种硬度高，耐磨性好，焊前不预热且不产生裂纹，焊后不需热处理，堆焊层抗脱落能力强的耐磨堆焊焊条。本文在广泛查阅相关文献的基础上，紧跟国际最新研究进展，对低相变点焊条及其改善焊接接头硬度、耐磨性及抗裂性的方法、技术、机理、适应性和影响因素等方面进行全面分析研究。理论上创造性地研究出了低相变点焊条配方，分析了相变应力产生，以及相变开始温度对焊接残余应力的影响规律；试验中以尽可能的在实际应用的情况下对低相变点焊条提高焊缝硬度、耐磨性及其抗裂性进行了验证；在应用上尽可能的提出低相变点焊条堆焊时的焊接规范，从经济角度和适用性方面为低相变点焊条的广泛应用提供理论依

5、据。-1-http://www.paper.edu.cn2焊条设计2.1设计原理在从高温到室温的冷却过程中，钢铁材料要从奥氏体(A)组织状态发生一系列的组织转变（相变），根据相变开始温度的不同，分别称为高温转变、中温转变和低温转变，正常情况下相对应的转变组织为铁素体(F)、珠光体(P)、贝氏体(B)和马氏体(M)。这些组织的转变机制、晶体结构和组织形态的不同，造成它们的比容也不相同，总体的规律是组织转变温度越低，所获得的转变组织的比容越大。不同组织的比容与其含碳量有一定的关系，碳钢各相[4]组织在常温下的比容见表1所示。表1碳钢各相组织的比容(20℃)Table1Sp

6、ecificvolumeofdifferentmetallurgicalstructureat20℃含碳量0.1%的碳钢3组织比容C(cm/g)3比容C(cm/g)体积膨胀εV(%)线膨胀εL(%)奥氏体(A)0.1212+0.0033(C%)0.12153----铁素体(F)0.12710.12714.581.53珠光体(P)0.1271+0.0005(C%)0.127154.621.54贝氏体(B)0.1271+0.0015(C%)0.127254.711.57马氏体(M)0.1271+0.00265(C%)0.1273654.801.60如果按含碳量为0.1%的

7、碳钢计算，在室温下单一组织的铁素体(F)、珠光体(P)、贝氏体(B)和马氏体(M)分别比奥氏体体积大4.58%、4.62%、4.71%和4.80%，这一数值实际上也是奥氏体完全转变情况下的相变体积膨胀。按线膨胀量为体积膨胀量的1/3计算，上述奥氏体完全转变的相变线膨胀为分别为1.53%、1.54%、1.57%和1.60%，其中奥氏体/马氏体转变的相变线膨胀最大。如果考虑到组织转变是在不同的温度下进行，而且组织转变并不完全的原因，实际的相变线膨胀数值要小于上述理论计算值。对于含碳量为0.4%～1.4%范围的碳[5]素钢，Hourdremond等人从理论