耐磨耐热堆焊焊条的制备研究

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耐磨耐热堆焊焊条的制备研究马江虹于月光薛文涛黄敬勇北京矿冶研究总院北京100044摘要选择Ni–Co–Cr–B–C为基本合金体系经过机械球磨混合挤压成形真空烧结方法制备了耐磨耐热堆焊焊条采用钨极氩弧焊在高温铸造合金基材上堆焊耐磨耐热堆焊层对堆焊层的组成结构进行了分析XRD分析和热力学计算表明焊层组成为CoNi为主的面心立方合金M23(C,B)6或M23C6还有少量的C7M3和M3B2洛氏硬度检测堆焊层的硬度平均值为49.5HRC并且具有较好高温抗氧化性能关键词耐磨耐热堆焊焊条钨极氩弧焊高温抗氧化性+中图分类号TG442.1文献标识码A文章编号1007–9289(2006)05–0165–04Researchonthewear-resistingandheat-resistingdepositweldingrodeMAJiang-hong,YUYue-guang,XUEWen-tao,HANGJing-yong(BeijingGeneralResearchInstituteofMining&Metallurgy,Beijing,100044,China)AbstractThewear-resistingandheat-resistingdepositweldingrodwithNi-Co-Cr-B-Casthebasicalloysystemwaspreparedbymechanicalballmillingmixture,sinteringafterextrusionshapingmethod.Theweldinglayeronthehightemperaturecastingalloywasobtainedusingthewayofargontungsten-arcwelding.Thecomponentandthestructureoftheweldinglayerwerecharacterized.XRDandthermodynamicscalculationresultsshowthattheweldinglayercontainsfcc-alloycontainingCoandNi,M23(C,B)6orM23C6andasmallamountofC7M3andM3B2.Thehardnessaveragenumberoftheweldinglayerwithhightemperatureoxidation-resistingperformancewasHRC49.5.Keywords:wear-resistingandheat-resisting;depositweldingrod;argontungsten-arcwelding;hightemperatureoxidation-resistingperformance0引言力下工作价格比钴基材料低比铁基合金具有优良的钝化性和更高的热稳定性磨损是使零件失效的一个重要原因尤其在高文中选用Ni–Co–Cr–B–C为基本合金体系粘温条件下材料的抗磨性急聚下降采用钨极氩弧结剂和其他辅助原料作为堆焊焊条的合金成分采[1]焊技术修补易磨损部件是一种简单方便而又行之用机械混合球磨挤压成形真空烧结技术制备镍有效的方法并能更合理利用材料从而获得优异基复合堆焊焊条确定合适的工艺参数采用钨极的综合性能现已得到广泛应用氩弧焊堆焊耐磨耐热堆焊工作层通常使用的高温耐磨堆焊材料有镍基铁基和[2~4]钴基三类铁基材料成本低硬度高耐磨性1试验过程好但耐高温氧化和腐蚀性差钴基材料工艺性好1.1原料具有优良的抗磨料磨损抗腐蚀抗冲击抗热疲工业用镍粉石墨分析纯钴粉铬粉硼粉劳抗氧化抗金属-金属间磨损等特性但硬度较98%粘结剂低且价格昂贵镍基材料合金化能力强组织稳定有害相少抗氧化抗热腐蚀性能好可高温高应1.2设备收稿日期2006-08-01修回日期2006-09-20Y35–25液压机VQS–23真空烧结炉作者简介马江虹1967-女(汉)内蒙古赤峰人高工博士HITACHIS–3500N扫描电镜SX2–5–17型箱式电万方数据 166中国表面工程2006年阻炉Y–4Q型X射线衍射仪H–100型洛氏硬度种合金元素的含量如表1加入粘结剂进行挤压成试验机WS-400型直流氩弧焊机形10201100真空烧结制备堆焊焊条选择合适堆焊工艺在镍基高温铸造合金上制备耐磨耐1.3试验过程热堆焊层堆焊工艺参数如表2把原材料按照一定的配比混合球磨原料中各表1合金元素含量Table1Thecontainofalloyelements元素名称NiCoCrCB含量质量分数/%余量20.0~23.030.0~35.00.1~1.51.0~3.0表2堆焊工艺参数Table2Processingparametersofwelding焊接极性焊条直径/mm电流/A电压/V焊接速度/(mm/min)Ar流量/(L/min焊后处理直流反接3.09011011156512保温缓冷[5~7]2结果与讨论体为存在方形或长方形析出γ相的典型时效强化铸造高温合金组织焊接热影响区即在金相照片2.1焊条规格上显示出亮白色的区域按比例计算宽度约为φ=3.0mmL=200~250mm焊条表面无裂纹1mm晶粒尺寸未发生变化也没有晶界加粗晶掉块分层混合物粉化现象界熔化裂纹或其它缺陷堆焊金属随焊接过程进2.2焊接接头的金相分析行的熔化情况及一层层地堆敷纹络金相图片中堆图1为焊接接头的金相组织照片图中表明堆焊层金属熔流色彩明暗相交显示焊缝金属存在成焊层母材金属和介于二者之间的焊接热影响区三分不均的偏析现象个部分其中堆焊层为细腻的树枝晶组织母材基图1焊接接头的横断面金相组织照片图2堆焊层的SEM照片Fig.1ThemetallurgicalstructureofsolderedjointacrosssectionFig.2SEMimageofweldinglayer2.3堆焊层组成分析图3为堆焊层的XRD分析图谱存在的相有γ图2为堆焊层的SEM照片为进一步分析焊基相是以CoNi为主的面心立方合金M23(C,B)6层组织SEM金相分析热力学模拟计算确定合金或M23C6是以CoNiCr为主的碳化物还有相少量的C7M3和M3B2图4为堆焊层的热力学模万方数据 +第5期马江虹等耐磨耐热堆焊焊条的制备研究167拟计算结果表3为堆焊层中各种相的元素组成分析结果与XRD结果一致7000AAr-baseBBM(C,B)orMC236236CMB32CPSAAIntensity/cpsBABCCBA0304050607080901002θ/()图3堆焊层的XRD分析图4堆焊层的热力学计算结果Fig.3XRDpatternofweldinglayerFig.4Theresultsofthermodynamicscalculation表3整个焊层中各相的元素组成Table3Thecontainofweldinglayer相摩尔数各种元素的质量分数说明-1-1-2Ni6.535×10Co2.826×10Cr6.366×10-1Fcc-A12.8972×10以Co和Ni为主的面心立方合金-4-5C1.739×10B1.859×10-1-1-1Co6.005×10Ni2.351×10Cr1.179×10-1M23C61.314×10CoNiCr为主的碳化物-2-4B4.576×10C7.428×10-1-2-2Cr8.144×10C8.281×10Co7.863×10-1M7C32.2798×10Cr7C3和少量的Co7C3Ni7C3-2-3Ni1.845×10B5.671×10-1-1-2Cr5.657×10B1.173×10Co3.528×10-1M3B23.509×10CoNiCr硼化物-1Ni2.812×102.4堆焊层的机械性能2.4.1堆焊层的硬度表4堆焊层的硬度Table4Hardnessofweldinglayer硬度12356平均值4HRC46474852535149.5结果表明堆焊层的硬度平均值为HRC49.5说层的硬度和耐磨性由于B的加入形成了高硬弥明焊层为高硬度材料散分布的第二相粒子对基体起到弥散强化或沉淀B与Cr元素容易形成硼化物硬质相B还能强化的作用第二相质点数目越多直径越小弥在合金中形成固溶体硼化镍和碳化硼等硬质化合散度越大其强化作用越明显Cr与C形成碳化物起到了弥散强化的作用较显著地提高合金焊物硬质相也利于提高硬度万方数据 168中国表面工程2006年2.4.2堆焊层的热裂纹敏感性膜阻止了合金的进一步氧化在镍基高温铸造合金上进行堆焊焊前基材进3结论行预热300焊后缓冷结果表明在焊接过程中没有热裂纹出现(1)以Ni–Cr–Co–B–C为基本合金体系各种2.4.3堆焊层的强度合金元素的含量为w(Co)=20%~23%w(Cr)=30%~表5所列的是两组焊接接头的室温拉伸强度35%w(c)=0.1~1.5%w(B)=1.0%~3.0%Ni余值接头强度极限值在870—710MPa之间表明焊量采用挤压成形真空烧结的方法制备了耐磨耐接接头的强度不低于基材金属的强度与基材焊接热堆焊焊条钨极氩弧焊在镍基高温铸造合金上堆时具有较好的结合力焊接接头的强度有保证焊耐磨耐热堆焊焊层(2)XRD热力学模拟计算SEM分析表明堆表5焊接接头室温拉伸检测结果焊层的组成主要为以CoNi为主的面心立方合金Table5Resultsofroom-temperaturetensionexperiment的γ基相以CoNiCr为主的碳化物M23(C,B)6试样编号强度极限σb/MPa相对延伸率δ5/%或M23C6还有少量的C7M3和M3B2(3)堆焊层的硬度平均值为49.5HRC强度极17102.0限值在870~710MPa范围内高温抗氧化性能明显28703.0优于高温合金基体材料38203.5参考文献:[1]白津生.夏利轿车铜合金模具TIG堆焊工艺的研究2.5堆焊层的高温性能[J].焊接技术,19952:16-17.42)[2]上海市机械制造工艺研究所,金相分析技术[M].basematerial3上海:上海科学技术出版社,1987:420-472.[3]高温合金相图谱编写组.高温合金相图谱[M].2北京:冶金工业出版社,1981:1-50.1[4]王笑天.金属材料学[M].北京:机械工业出版社,WeightGain/(mg/cm1987:171-215.0020406080100[5]黄文哲,王泽万,等.镍基1号焊条的性能及其应用OxidationTime/h[J].焊接,1981(3):8-1228.图51000氧化100h的氧化动力学曲线[6]张清辉.镍铬硼硅电焊条的研究[J].湘潭大学学报Fig.5CurveofOxidation-WeightGainofhigh(自科版),199921(2):87-90,97.temperatureoxideexperiment[7]吴政军季杰等.铬硼及硬质相形态在高温耐磨堆焊合金中的作用[J].沈阳工业大学学报1997图5为堆焊焊层和基材1000℃高温的抗氧化19(2):74-78.曲线100h高温氧化试验后分别选择的三个试作者地址北京西直门外文兴街1号100044样和高温合金基材试样增重分别为1.31.51.9北京矿冶研究总院金属材料研究所2和3.6mg/cm说明堆焊合金的高温抗氧化性能明Tel010-88399172显优于高温合金基体材料合金中的Cr能显著改E-mailmajianghong@sohu.com善抗氧化性能在合金表面形成了一层致密的氧化万方数据 耐磨耐热堆焊焊条的制备研究作者：马江虹，于月光，薛文涛，黄敬勇，MAJiang-hong，YUYue-guang，XUEWen-tao，HANGJing-yong作者单位：北京矿冶研究总院,北京100044刊名：中国表面工程英文刊名：CHINASURFACEENGINEERING年，卷(期)：2006,19(z1)参考文献(7条)1.白津生夏利轿车铜合金模具TIG堆焊工艺的研究1995(02)2.上海市机械制造工艺研究所金相分析技术19873.《高温合金相图谱》编写组高温合金相图谱19814.王笑天金属材料学19875.黄文哲;王泽万镍基1号焊条的性能及其应用1981(03)6.张清辉镍铬硼硅电焊条的研究[期刊论文]-湘潭大学自然科学学报1999(02)7.吴政军;季杰铬硼及硬质相形态在高温耐磨堆焊合金中的作用1997(02)本文读者也读过(10条)1.徐道荣.夏明生.秦琳.徐胜Fe3Al合金堆焊层的高温抗氧化性能研究[期刊论文]-机械工程材料2004,28(12)2.赵秀娟.杨德新.陈春焕纳米复合粉末制D707焊条[期刊论文]-硬质合金2003,20(2)3.武斌.辛文彤.李志尊.李宝峰.张金明.WUBin.XINWen-tong.LIZhi-zun.LIBao-feng.ZHANGJin-ming燃烧型焊条焊接A3钢的研究[期刊论文]-军械工程学院学报2006,18(4)4.洪毅.赵波压力管道手工钨极氩弧焊单面焊双面成形技术[期刊论文]-化工装备技术2005,26(3)5.宋晓科.李太仁.SONGXiao-ke.LITai-renCr-Mn抗气蚀堆焊焊条[期刊论文]-电焊机2008,38(2)6.马江虹.于月光.薛文涛.黄敬勇耐磨耐热堆焊焊条的制备研究[会议论文]-20067.王丽芳.满达虎.孙国栋.WANGLi-fang.MANDa-hu.SUNGuo-dongFe3Al合金堆焊层高温氧化机理研究[期刊论文]-热加工工艺2007,36(19)8.屈金山.张晖.周仲荣.QuJinshan.ZhangHui.ZhouZhongrong不锈钢焊接区金属微动磨损行为研究[期刊论文]-润滑与密封2007,32(10)9.翟波微合金化铸铁同质焊条（丝）成形工艺及其焊接性能研究[学位论文]200810.徐国强船体防锈防污涂料体系配套与检测[会议论文]-2005本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgbmgc2006z1042.aspx