CN109530963A - 一种超强耐磨焊丝及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超强耐磨焊丝，所述超强耐磨焊丝的焊粉坯由基体金属和增强相组成，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：40～70％、Ni：10％～20％、Mn：10％～20％，其余为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒。采用所述耐磨焊丝堆焊的耐磨层，具备优秀的耐磨性能，且耐腐蚀、韧性高、耐冲击性能良好，与母体结合良好不易剥落，质量稳定。本发明提供的超强耐磨焊丝在增材制造方面具有非常大的优势。

Description

一种超强耐磨焊丝及其应用
技术领域
本发明属于材料表面改性板技术领域，涉及一种超强耐磨焊丝及其应用，所述超强耐磨焊丝能够用于增材制造。
背景技术
据统计全世界每年因磨损与腐蚀报废的钢铁设备相当于钢年产量的40％左右，我国每年因磨损与腐蚀失效的工件占总失效工件的70％左右。磨损是装备部件失效的主要形式之一。按照Avery于1961年提出的磨料磨损分类，最严重的磨料磨损是凿削式磨损，这种磨损是由磨料对抗磨损机件表面产生了高应力碰撞，从机件表面凿下成块材料。这种磨损常常伴有强冲击作用也可看成两种磨损类型的结合：高应力磨损和冲击磨损的组合，因此很难对付。现代化机械设备及其零件在使用过程中对材料的磨损性能要求越来越高，因而对设备零件表面改性，提高材料耐磨性或对已经失效的材料进行修复，延长其使用寿命，提高经济效益具有重大的现实意义。
耐磨堆焊作为材料表面改性的一种经济而快捷的工艺方法，能有效地改变材料表面的耐磨性、耐蚀性和其它力学性能，对提高零件的使用寿命、合理使用材料、提高产品性能、降低成本有显著的效果，越来越广的应用于机械零件的制造和修复中。目前应用最广泛的硬面材料主要是利用Cr、Ti、V、Nb、W等合金元素与C或B形成碳化物或硼化物等硬质相，通过提高硬面材料的硬度来提高耐磨损性能。但是由于这种硬面材料中C或B元素的含量很高，导致其抗裂性差，并且硬质相质点在高温下易分解，使得其硬度降低，耐磨损性能下降。此外，为了得到大量的硬质相质点，硬面材料中需要加入大量的合金元素，使得其碳当量进一步提高。当合金元素含量过高时，硬面层中会出现大量的龟裂(裂纹)。这些裂纹的出现大大降低了硬面层的耐疲劳强度和耐磨损性能。而且大量碳化物质点容易在晶界处聚集，不但不能提高堆焊层的硬度、强度和耐磨损性能，还会明显降低其韧性。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明提供了一种超强耐磨焊丝及其应用，采用所述耐磨焊丝堆焊的耐磨层，具备优秀的耐磨性能，且耐腐蚀、韧性高、耐冲击性能良好，与母体结合良好不易剥落，质量稳定。本发明提供的超强耐磨焊丝在增材制造方面具有非常大的优势。
本发明第一方面提供了一种超强耐磨焊丝，所述超强耐磨焊丝的焊粉坯由基体金属和增强相组成，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：40～70％、Ni：10％～20％、Mn：10％～20％，其余为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒。
本焊丝采用铜镍锰基体，熔点温度比常规焊丝低，且Cu，Ni，Mn元素都不与WC结合生成新相，可有效避免WC的损失，因此可以采用弧焊的方式加工，在增材制造中具有良好的应用前景。
优选的，所述碳化钨颗粒的颗粒度为10～500目。所述碳化钨颗粒配合上述熔点较低的基体金属，可以有效减少WC在焊接过程中的熔化，使WC的可选颗粒度范围更宽。
优选的，所述增强相质量为基体金属质量的10～60％。所述碳化钨颗粒添加量以及颗粒粒度大小可根据产品性能及精度要求进行选择。
在本焊丝基体金属铜镍锰配比下，可以适当引入少量其他组份以进一步改善焊丝性能，例如添加少量稀土，少量铁，碳等元素。
优选的，以占耐磨焊丝的质量百分比计，所述基体金属的化学组分还包括：石墨0.1～2％。
优选的，以占耐磨焊丝的质量百分比计，所述基体金属的化学组分还包括：稀土元素：0.01～1％。
优选的，以占耐磨焊丝的质量百分比计，所述基体金属的化学组分还包括：Fe：0～3％。
优选的，所述增强相均匀分散在基体金属中。
本发明第二方面提供了上述超强耐磨焊丝在增材制造、堆焊中的应用。本焊丝可以采用弧焊的方式加工，应用在增材制造中具有巨大优势，同时本焊丝也能够用于传统堆焊及连接中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.焊丝为WC增强铜镍锰金属基耐磨焊丝，充分发挥铜镍锰基体金属的韧性好抗强冲击能力强的特点，同时添加的WC颗粒可以有效降低磨损，因而采用该焊丝制作的产品可以有效抵抗凿削式磨损。
2、针对耐磨材料成本往往较高，并且加工难度大，而且很多都只需要一些零件或者一些关键部位具备良好的耐磨损性能的问题。本焊丝可以通过增材制造的方法在对应的工件表面打印零件或者直接制造一些关键的耐磨部件，后续的加工量大大减小，进而可以极大地降低材料成本和加工时间。
3.采用本发明的耐磨焊丝堆焊的耐磨层，其耐磨性能与其它同类产品相比提高1.5倍以上，并且韧性高、耐冲击性能良好，堆焊的耐磨层不易从机械零部件母体上剥落，质量稳定，同时焊丝为铜镍锰以及碳化钨组成，因而具有良好的耐腐蚀能力。
4.本发明的耐磨焊丝用途广泛，适用于耐磨、耐腐蚀、抗裂性要求高的零部件和设备的堆焊制造与修复，特别适用于研磨设备、输送设备、金属轧辊的制作及修复。尤其对于局部的强磨损可以通过增材制造的方法快速修复零件，减小更换的成本和时间，可以大大提升设备的持续使用时限。
5.本发明的焊丝，采用铜镍锰基体熔点低于常规的铁基材料，可以有效减少WC在焊接过程中的熔化，因而焊丝中的WC的可选颗粒度范围更宽，减小焊丝中WC的颗粒大小可以有效降低焊接过程中残余应力并提升增材制造中的精度，进而提升了增材制造的可靠性和产品精度。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明第一方面提供了一种超强耐磨焊丝，所述超强耐磨焊丝的焊粉坯由基体金属和增强相组成，所述增强相均匀分散在基体金属中，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：40～70％、Ni：10％～20％、Mn：10％～20％，其余为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒，所述碳化钨颗粒的颗粒度为10～500目，所述增强相质量为基体金属质量的10～60％。
作为一种优选方式，所述碳化钨颗粒的颗粒度为20～400目。
作为一种优选方式，所述基体金属在上述配比的基础上可以适当添加少量稀土、铁或碳等元素。具体的，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分还可包括：石墨0.1～2％、稀土元素：0.01～1％、Fe：0～3％。
将上述焊粉坯按照常规制备工艺制造成焊丝，在热作用下，熔化，产生化学反应，形成一种耐磨的涂层，所述常规制备工艺可以包括如下步骤：按比例配料、混料、轧丝、成型、拉丝。也可按照所述配比配置粉末，采用表面钎焊，激光烧结等方式来用于零件表面的耐磨堆焊层的制造。
本发明第二方面提供了上述超强耐磨焊丝在增材制造、堆焊中的应用。具体的，所述堆焊的加工方式可以包括弧焊以及氧乙炔焊，其他方式例如激光在技术上也是可行的。
下面将结合具体实施例对本申请提供的超强耐磨焊丝及其应用进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种超强耐磨焊丝，其焊粉坯由基体金属和增强相组成，所述增强相均匀分散在基体金属中，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：50％、Ni：15％、Mn：15％，其余20％为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒，所述碳化钨颗粒的颗粒度为400目。
将本实施例提供的超强耐磨焊丝进行性能测试，并在同等测试条件下对购买的商用焊丝进行性能测试作为对比，具体如下：
采用Umt-tribolab摩擦磨损仪进行干摩擦磨损测试，该仪器配备多种测试模块，可以进行常高温摩擦磨损测试，并且可以进行旋转式摩擦磨损测试和往复式摩擦磨损测试。本实验采用往复式摩擦磨损测试，采用球形氮化硅作为磨粒，其硬度为90GPa，直径为6.35mm。测试参数如下：往复行程为20mm，测试频率为1Hz，滑动磨损速度为1.2m/min，载荷垂直向下为100N。
测试中按照测试标准制作试样，对每个试样选取不同位置进行三次测试，在测试前后，都用测量精度为万分之一克的电子天平称量试样重量。在称重前每个试样都要在酒精中清理然后烘干处理，并选取三次磨损损失质量的总和表征耐磨损性能。测试气压为常压，测试在室温下进行，实验时室内温度为2℃。为避免测试试样平整度的不同影响磨损测试结果，在测试之前对每个试样都要在金相机上打磨、抛光。
上述测试结果显示，商用耐磨焊丝的磨损质量是本实施例提供的耐磨焊丝磨损质量的1.2倍。
实施例2
本实施例提供了一种超强耐磨焊丝，其焊粉坯由基体金属和增强相组成，所述增强相均匀分散在基体金属中，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：43％、Ni：18％、Mn：11％，Fe:2％,其余26％为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒，所述碳化钨颗粒的颗粒度为325目。
在与实施例1同等的测试条件下，本实施例所述耐磨焊丝的耐磨性能与实施例1基本一致。所述超强耐磨焊丝能够通过增材制造的方法对受损零件表面进行修复。
实施例3
本实施例提供了一种超强耐磨焊丝，其焊粉坯由基体金属和增强相组成，所述增强相均匀分散在基体金属中，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：62％、Ni：13％、Mn：12％，石墨:0.7％，其余12.3％为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒，所述碳化钨颗粒的颗粒度为140目。
本实施例所述耐磨焊丝的耐磨性能良好，与实施例1基本一致。将所述超强耐磨焊丝在热作用下，熔化，产生化学反应，机械零部件母体表面形成耐磨的涂层，所述涂层不易剥落，质量稳定。
实施例4
本实施例提供了一种超强耐磨焊丝，其焊粉坯由基体金属和增强相组成，所述增强相均匀分散在基体金属中，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：40％、Ni：10％、Mn：19％，稀土元素:0.06％，其余30.94％为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒，所述碳化钨颗粒的颗粒度为80目。
本实施例所述耐磨焊丝的耐磨性能良好，与实施例1基本一致。将所述超强耐磨焊丝在热作用下，熔化，产生化学反应，机械零部件母体表面形成耐磨的涂层，所述涂层不易剥落，质量稳定。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种超强耐磨焊丝，其特征在于：所述超强耐磨焊丝的焊粉坯由基体金属和增强相组成，以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分包括：Cu：40～70％、Ni：10％～20％、Mn：10％～20％，其余为增强相，所述增强相为碳化钨颗粒。
2.如权利要求1所述的超强耐磨焊丝，其特征在于：所述碳化钨颗粒的颗粒度为10～500目。
3.如权利要求1所述的超强耐磨焊丝，其特征在于：所述增强相质量为基体金属质量的10～60％。
4.如权利要求1～3任一项权利要求所述的超强耐磨焊丝，其特征在于：以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分还包括：石墨0.1～2％。
5.如权利要求1～3任一项权利要求所述的超强耐磨焊丝，其特征在于：以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分还包括：稀土元素：0.01～1％。
6.如权利要求1～3任一项权利要求所述的超强耐磨焊丝，其特征在于：以占焊粉坯的质量百分比计，所述基体金属的化学组分还包括：Fe：0～3％。
7.如权利要求1所述的超强耐磨焊丝，其特征在于：所述增强相均匀分散在基体金属中。
8.权利要求1所述的超强耐磨焊丝在增材制造、堆焊、焊接中的应用。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1369843A (en) * 1971-09-10 1974-10-09 Pyrotenax Ltd Manufacture of composite welding electrodes
US3999036A (en) * 1975-03-07 1976-12-21 Viktor Alexeevich Muratov Powder-cored strip electrode for surfacing with abrasion-resistant composite alloys
CN101811233A (zh) * 2009-08-31 2010-08-25 朱明生 一种碳化钨焊条及焊丝
CN103381527A (zh) * 2013-07-06 2013-11-06 北京工业大学 一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝
CN103608543A (zh) * 2011-01-28 2014-02-26 贝克休斯公司 非磁性堆焊材料

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1369843A (en) * 1971-09-10 1974-10-09 Pyrotenax Ltd Manufacture of composite welding electrodes
US3999036A (en) * 1975-03-07 1976-12-21 Viktor Alexeevich Muratov Powder-cored strip electrode for surfacing with abrasion-resistant composite alloys
CN101811233A (zh) * 2009-08-31 2010-08-25 朱明生 一种碳化钨焊条及焊丝
CN103608543A (zh) * 2011-01-28 2014-02-26 贝克休斯公司 非磁性堆焊材料
CN103381527A (zh) * 2013-07-06 2013-11-06 北京工业大学 一种碳化钨增强铁基耐磨堆焊药芯焊丝

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUN LIU等: "Microstructure and wear resistance performance of Cu-Ni-Mn alloy based hardfacing coatings reinforced by WC particles", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *

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