CN107138874A - 一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝 - Google Patents

一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝 Download PDF

Info

Publication number
CN107138874A
CN107138874A CN201710450350.1A CN201710450350A CN107138874A CN 107138874 A CN107138874 A CN 107138874A CN 201710450350 A CN201710450350 A CN 201710450350A CN 107138874 A CN107138874 A CN 107138874A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flux
cored wire
hypereutectic
material manufacturing
hardfacing alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710450350.1A
Other languages
English (en)
Inventor
杨庆祥
周野飞
齐效文
王吉波
邢晓磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN201710450350.1A priority Critical patent/CN107138874A/zh
Publication of CN107138874A publication Critical patent/CN107138874A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B23K35/0266—Rods, electrodes, wires flux-cored
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/40—Making wire or rods for soldering or welding
    • B23K35/406—Filled tubular wire or rods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝，药芯焊丝经堆焊熔敷后，堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt％)：C 3.80～4.10％、Si 1.00～1.10％、Mn 1.95～2.15％、Cr 25.00～26.00％、Ti 1.40～1.60％、Nb 1.40～1.60％、N 0.30～0.40％、LaAlO30.5～1.5％、余量为Fe。采用药芯焊丝生产设备，药粉填充率为37～45％，经拉丝机拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝。本发明的药芯焊丝，通过3D打印可以制备成具有耐磨表面各种形状的零部件，其硬度与传统的过共晶Fe‑Cr‑C堆焊合金相比较，HRC由60提高到64～66，经过14h的摩擦磨损试验后，磨损失重由4.5g减少到2.5～1.5g，即堆焊合金的耐磨性提高了近3倍。

Description

一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁-铬-碳-钛-铌-氮-铝酸镧 药芯焊丝
技术领域 本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种药芯焊丝。
背景技术 在过共晶Fe-Cr-C合金中存在大量的M7C3型初生碳化物，它们具有较高的硬度和优良的耐磨性。目前，过共晶Fe-Cr-C合金已经被增材制造领域的科研工作者广泛关注。通过电弧堆焊的方式，将其熔覆于在零部件的表面，可以通过3D打印制备成具有耐磨表面各种形状的零部件。
M7C3碳化物的耐磨性能决定了过共晶Fe-Cr-C合金的耐磨性能。然而，一般直接从液相中析出初生M7C3碳化物尺寸都比较大，而且，它们会破坏其与基体之间的连续性，在服役过程中这些大块的初生M7C3碳化物很容易从零部件表面剥落，从而降低了堆焊后零部件的使用寿命。
随着增材制造技术的快速发展，对过共晶Fe-Cr-C合金的使用寿命要求越来越高，制备出抗剥落性更强、耐磨性更高的过共晶Fe-Cr-C合金，成为突破过共晶Fe-Cr-C合金在增材制造领域广泛应用的瓶颈关键。
研究发现，采用细化初生M7C3碳化物能够有效提高过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的耐磨性能，在焊材中添加TiC、NbC、稀土氧化物(La2O3、CeO2)可以成为初生M7C3碳化物的异质形核核心，细化初生M7C3碳化物，从而可以提高过共晶Fe-Cr-C堆焊合金的使用性能。但是，研究表明，添加TiC、NbC、稀土氧化物(La2O3、CeO2)的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金仍然不能满足增材制造领域对更高寿命的要求，初生M7C3碳化物的细化程度还需有待进一步提高。
发明内容 本发明的目的在于提供一种使用方便、硬度高、耐磨性好、不易剥落、用于电弧堆焊增材制造的过共晶Fe-Cr-C-Ti-Nb-N-LaAlO3药芯焊丝。本发明主要是在过共晶Fe-Cr-C堆焊合金成分基础上，同时添加合金元素钛(Ti)、铌(Nb)、氮(N)和铝酸镧(LaAlO3)，在凝固过程中，首先，LaAlO3可以成为复合(Ti,Nb)(C,N)化合物的非自发形核核心，细化复合(Ti,Nb)(C,N)化合物，使堆焊合金中复合(Ti,Nb)(C,N)化合物呈细小、弥散状态分布；然后，复合(Ti,Nb)(C,N)化合物可以成为M7C3型初生碳化物的非自发形核核心，从而进一步细化M7C3型初生碳化物，进一步提高堆焊合金的抗剥落性能，使堆焊合金具有更高的耐磨性。
本发明的药芯焊丝，其药芯的化学成分包括高碳铬铁、低碳铬铁、氮化铬铁、高碳锰铁、硅铁、石墨、钛铁、鈮铁、钒铁、钼粉、镍粉、氟化钠、镁粉、铝酸镧(LaAlO3)，其外层***为低碳钢带。药芯焊丝经堆焊熔敷后，堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt％)：C 3.80～4.10％、Si 1.00～1.10％、Mn 1.95～2.15％、Cr 25.00～26.00％、Ti 1.40～1.60％、Nb1.40～1.60％、N 0.30～0.40％、LaAlO3 0.5～1.5％、余量为Fe。
本发明的药芯焊丝的制备方法：
上述药芯焊丝的制备方法：
1、对部分原料进行钝化处理：
a、将硅铁粉末加热，在700～750℃保温1小时，
b、将高碳铬铁粉末加热，在550～600℃保温1小时，
c、将高碳锰铁粉末加热，在300～350℃保温1小时。
2、混合：将上述药芯的各种原料放入混料机混合24小时。
3、拉丝：将上述原料混合均匀后填装入带钢，药芯粉末占焊丝材料的重量百分比为37～45％，其余为带钢，在药芯焊丝生产线上进行滚压，经拉丝机2～5次拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝；
4、干燥：在100～200℃对药芯焊丝进行干燥。
本发明具有如下优点：
1、采用本发明的药芯焊丝，通过3D打印可以制备成具有耐磨表面各种形状的零部件，其硬度与传统的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金相比较，可以由HRC60提高到HRC64～66，而在经过14h的摩擦磨损试验后，磨损失重由4.5g减少到2.5～1.5g，即堆焊合金的耐磨性提高了近3倍；
2、在过共晶Fe-Cr-C堆焊合金成分基础上，同时添加合金元素Ti、Nb、N和LaAlO3。由于LaAlO3与复合(Ti,Nb)(C,N)化合物之间的错配度为9.65％(小于12％)，为中等有效。因此，在凝固过程中，首先，LaAlO3可以成为复合(Ti,Nb)(C,N)化合物的非自发形核核心，细化复合(Ti,Nb)(C,N)化合物，使堆焊合金中复合(Ti,Nb)(C,N)化合物呈细小、弥散状态分布；
3、由于复合(Ti,Nb)(C,N)化合物与M7C3型初生碳化物之间的错配度为6.15％(小于12％)，为中等有效。因此，在随后的凝固过程中，细化的复合(Ti,Nb)(C,N)化合物还可以成为后析出M7C3型初生碳化物的非自发形核核心，从而进一步细化M7C3型初生碳化物，获得更细小的纳米M7C3型初生碳化物，如图1所示。从而进一步提高堆焊合金的抗剥落性能，使堆焊合金具有更高的耐磨性；
3、本发明的过共晶Fe-Cr-C-Ti-Nb-N-LaAlO3药芯焊丝，可以广泛的应用在冶金、机械、矿山、煤炭、石油、建筑等领域，通过3D打印可以制备成具有耐磨表面各种形状的零部件，其市场空间十分广阔。
附图说明
图1本发明实施例1制备的过共晶Fe-Cr-C堆焊合金中M7C3型初生碳化物扫描电镜图。图中(a)为没有添加N和LaAlO3；(b)为同时添加N和LaAlO3。
具体实施方式
实施例1：
取药芯焊丝熔敷后堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt％)：C 3.80kg、Si1.00kg、Mn 1.95kg、Cr 25.00kg、Ti 1.40kg、Nb 1.40kg、N 0.30kg、LaAlO3 0.5kg、Fe64.65kg。上述原料粒度为60～80目。先对硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁进行钝化处理，即将硅铁粉末加热，在700℃保温1小时；将高碳铬铁粉末加热，在550℃保温1小时；将高碳锰铁粉末加热，在300℃保温1小时。将上述药芯的各种原料放入混料机进行充分混合，采用药芯焊丝生产设备，将上述混合均匀后的原料填装入带钢，药粉填充率为37％，经拉丝机2次拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝。其堆焊金属的硬度为HRC64。
实施例2：
取药芯焊丝熔敷后堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt％)：C 3.95kg、Si1.05kg、Mn 2.05kg、Cr 25.50kg、Ti 1.50kg、Nb 1.50kg、N 0.35kg、LaAlO3 1.0kg、Fe63.10kg。上述原料粒度为60～80目。先对硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁进行钝化处理，即将硅铁粉末加热，在730℃保温1小时；将高碳铬铁粉末加热，在570℃保温1小时；将高碳锰铁粉末加热，在320℃保温1小时。将上述药芯的各种原料放入混料机进行充分混合，采用药芯焊丝生产设备，将上述混合均匀后的原料填装入带钢，药粉填充率为40％，经拉丝机4次拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝。其堆焊金属的硬度为HRC65。
实施例3：
取药芯焊丝熔敷后堆焊合金的化学成分质量百分比为(wt％)：C 4.10kg、Si1.10kg、Mn 2.15kg、Cr 26.00kg、Ti 1.60kg、Nb 1.60kg、N 0.40kg、LaAlO3 1.5kg、Fe61.55kg。上述原料粒度为60～80目。先对硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁进行钝化处理，即将硅铁粉末加热，在750℃保温1小时；将高碳铬铁粉末加热，在600℃保温1小时；将高碳锰铁粉末加热，在350℃保温1小时。将上述药芯的各种原料放入混料机进行充分混合，采用药芯焊丝生产设备，将上述混合均匀后的原料填装入带钢，药粉填充率为45％，经拉丝机5次拉拔成外径为Φ4的药芯焊丝。其堆焊金属的硬度为HRC66。

Claims (2)

1.一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁-铬-碳-钛-铌-氮-铝酸镧药芯焊丝，其特征在于：其药芯焊丝经堆焊熔敷后，堆焊合金的化学成分质量百分比为：C 3.80～4.10％、Si1.00～1.10％、Mn 1.95～2.15％、Cr 25.00～26.00％、Ti 1.40～1.60％、Nb 1.40～1.60％、N 0.30～0.40％、LaAlO3 0.5～1.5％、余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的电弧堆焊增材制造用过共晶铁-铬-碳-钛-铌-氮-铝酸镧药芯焊丝，其特征在于：其药粉的填充率为37～45％。
CN201710450350.1A 2017-06-15 2017-06-15 一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝 Pending CN107138874A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710450350.1A CN107138874A (zh) 2017-06-15 2017-06-15 一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710450350.1A CN107138874A (zh) 2017-06-15 2017-06-15 一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107138874A true CN107138874A (zh) 2017-09-08

Family

ID=59782572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710450350.1A Pending CN107138874A (zh) 2017-06-15 2017-06-15 一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107138874A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108672977A (zh) * 2018-07-25 2018-10-19 武汉铁锚焊接材料股份有限公司 一种增材制造用金属粉芯型药芯焊丝及其焊接方法
CN109249152A (zh) * 2018-09-06 2019-01-22 四川大西洋焊接材料股份有限公司 无缝钢管轧制用芯棒专用硬面堆焊焊丝及制备方法
CN114571127A (zh) * 2022-03-30 2022-06-03 西安理工大学 复合碳化物增强刮板堆焊用焊丝及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59141396A (ja) * 1983-01-31 1984-08-14 Nippon Steel Corp 潜弧溶接用高クロム鉄系チユ−ブワイヤ
JP2001198674A (ja) * 2000-01-11 2001-07-24 Tohoku Electric Power Co Inc ニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法
CN101543941A (zh) * 2008-03-24 2009-09-30 北京中煤大田耐磨材料有限公司 一种含钛耐磨堆焊药芯焊丝
CN102335798A (zh) * 2011-08-31 2012-02-01 吉林大学 一种高铬合金铸铁堆焊新材料
CN102886620A (zh) * 2012-10-25 2013-01-23 银锐明 一种氮硼合金化高韧性耐磨堆焊药芯焊丝
CN103418941A (zh) * 2013-07-30 2013-12-04 北京工业大学 用于耐磨部件磨损部位修复的焊丝及其制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59141396A (ja) * 1983-01-31 1984-08-14 Nippon Steel Corp 潜弧溶接用高クロム鉄系チユ−ブワイヤ
JP2001198674A (ja) * 2000-01-11 2001-07-24 Tohoku Electric Power Co Inc ニハード鋳鉄母材の多層肉盛炭酸ガスシールドアーク溶接方法
CN101543941A (zh) * 2008-03-24 2009-09-30 北京中煤大田耐磨材料有限公司 一种含钛耐磨堆焊药芯焊丝
CN102335798A (zh) * 2011-08-31 2012-02-01 吉林大学 一种高铬合金铸铁堆焊新材料
CN102886620A (zh) * 2012-10-25 2013-01-23 银锐明 一种氮硼合金化高韧性耐磨堆焊药芯焊丝
CN103418941A (zh) * 2013-07-30 2013-12-04 北京工业大学 用于耐磨部件磨损部位修复的焊丝及其制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
丛相州: "多元合金强化型高铬铸铁自保护耐磨堆焊药芯焊丝的研制", 《机械工人》 *
周野飞: "Fe-Cr-C-X堆焊合金显微组织演变及其耐磨性", 《中国优秀博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108672977A (zh) * 2018-07-25 2018-10-19 武汉铁锚焊接材料股份有限公司 一种增材制造用金属粉芯型药芯焊丝及其焊接方法
CN109249152A (zh) * 2018-09-06 2019-01-22 四川大西洋焊接材料股份有限公司 无缝钢管轧制用芯棒专用硬面堆焊焊丝及制备方法
CN109249152B (zh) * 2018-09-06 2021-04-30 四川大西洋焊接材料股份有限公司 无缝钢管轧制用芯棒专用硬面堆焊焊丝及制备方法
CN114571127A (zh) * 2022-03-30 2022-06-03 西安理工大学 复合碳化物增强刮板堆焊用焊丝及制备方法
CN114571127B (zh) * 2022-03-30 2024-02-13 西安理工大学 复合碳化物增强刮板堆焊用焊丝及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102248325B (zh) 碳化钛陶瓷增强高铬铸铁明弧自保护药芯焊丝
CN105397335B (zh) 水冷篦板、刮料板堆焊用药芯焊丝
CN108015447B (zh) 连铸辊埋弧堆焊用析出硬化型不锈钢药芯焊丝及其制备方法
CN105945456B (zh) 一种耐热耐磨药芯焊丝
CN101804530B (zh) 一种bd轧辊堆焊修复专用药芯焊丝
CN105414798A (zh) 破焦辊堆焊用药芯焊丝
CN107138874A (zh) 一种电弧堆焊增材制造用过共晶铁‑铬‑碳‑钛‑铌‑氮‑铝酸镧药芯焊丝
CN100463762C (zh) 半钢辊埋弧堆焊药芯焊丝
CN105665959A (zh) 一种用于压铸模具焊接和修复的堆焊药芯焊丝
CN108817730B (zh) 一种基于超低碳高硼的高温耐磨堆焊合金材料及其制备方法和应用
CN102319968A (zh) 一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝
CN109175780A (zh) 一种耐磨堆焊药芯焊丝
CN110539101A (zh) 连铸机扇形段连铸辊堆焊用明弧自保护药芯焊丝及其制法
CN103911560A (zh) 一种电弧喷涂碳氮合金化耐高温磨损涂层及其制备方法
CN104625473B (zh) 一种耐磨堆焊合金材料及其制备方法
CN107138875A (zh) 一种电弧堆焊增材制造用过共晶Fe‑Cr‑C‑Ti‑Nb‑N药芯焊丝
CN100535150C (zh) 一种多元成分硬面焊合金
CN1603055A (zh) 一种支撑辊堆焊用药芯焊丝
CN106624450A (zh) 一种超超临界耐热钢药芯焊丝及其制备方法
CN102676907B (zh) 一种耐磨耐腐蚀铁基材料及制备方法
CN106736014A (zh) 一种焊接性能优良的焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝及制备方法
CN1094808C (zh) 高温耐磨堆焊焊条
CN107354383A (zh) 一种高耐磨复合合金环件及其制备工艺
CN101870043B (zh) 热轧开坯辊修复专用药芯焊丝
CN102367612A (zh) 一种耐磨型钢丝圈

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170908

RJ01 Rejection of invention patent application after publication