CN85100670B

CN85100670B - 用金属陶瓷片堆焊超耐磨耐蚀部件的新方法

Info

Publication number: CN85100670B
Application number: CN85100670A
Authority: CN
Inventors: 杨勋烈; 窦万义; 刘锡文; 张紫电
Original assignee: Iron & Steel General Research Inst Ministry Of Metallurgical Industry
Current assignee: Iron & Steel General Research Inst Ministry Of Metallurgical Industry
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1987-02-25
Also published as: CN85100670A

Abstract

本发明系用金属陶瓷片堆焊超耐磨耐蚀部件的新方法。主要适用于水电站水轮机、水泵抗磨和抗汽蚀部件的堆焊，亦可用于水泥、建筑材料及矿山机械等易磨损部件的堆焊等。其主要特征是以经烧结的金属陶瓷片为填充料，用普通电焊条或ＣＯ_２气体保护焊电弧作为热源进行焊接，使金属陶瓷溶入母材。每堆焊一道次，堆焊层宽度达２５毫米，效率高。所得堆焊层不经任何热处理，硬度均达到ＨＲＣ≥６０，且整个堆焊层硬度均匀。本发明适用于大面积平焊及立焊。

Description

用金属陶瓷片堆焊超耐磨耐蚀部件的新方法

本发明属于堆焊超耐磨，耐蚀部件的新方法。主要适用于水电站水轮机、水泵抗磨和抗汽蚀部件的堆焊，亦可用于水泥、建筑材料及矿山机械等易磨损部件的堆焊等。

国内外通常采用的超耐磨部件的制造方法是用碳化物等加入金属粉末制成焊条，采用氩弧焊工艺直接在钢制部件表面堆焊，得到耐磨层。这种制品，既提高了部件表面的耐磨性能，又保持了钢基体良好的塑韧性及强度的综合性能，使整个耐磨部件的寿命大为提高，如在磨床滑动部件上堆焊碳化钨-钴材料，其结果比高速钢的寿命提高8倍。日本专利昭49-2773就是用氩弧焊堆焊超耐磨部件，其焊条是由87%WC、11%Co和2%酚醛树脂，混合后挤压成形，并在200℃固化而成。这种制造超耐磨部件的方法有许多不足之处：第一，由于酚醛树脂润滑性差，用挤压方法成形焊条时，困难较大，且焊条强度低;第二，采用氩弧焊堆焊时，酚醛树脂挥发，污染环境和危害工人健康;第三氩弧焊技术难度大，且需备氩弧焊机，氩弧对人体皮肤和眼睛均有损伤，氩气不但价高稀少，而且不普遍，许多城市都不生产，所以该方法的应用受到限制;第四，由于焊条直径有限，每焊一道次所堆焊的面积有限，一般宽度为10～12毫米，且氩弧焊堆焊速度慢，即堆焊效率低。

美国专利US3042790是采用各种形状的金属块（条）作为填充料，用埋弧焊堆焊耐磨层。金属块（条）的化学成分是以Fe为基，加入Mo、Ni、Cr、Si、Mn和C等;该金属块（条）是采用金属粉末的混合料模压制成，未进行烧结。

采用这种未经烧结的金属块（条）作为填充料堆焊耐磨件的方法有如下缺点：

1.由于金属块（条）没有烧结，所以强度低。在制造过程中，特别是在搬运过程中，易脆断;而且在施焊时，粘结剂（如酚醛树脂）挥发出来，污染环境，危害工人健康。

2.由于该金属块（条）是Fe基的粉末合金制品，故硬度低，抗磨性差。

由于该专利是采用埋弧焊堆焊耐磨层，故使用条件受到严格限制，象堆焊表面形状复杂的零部件是相当困难的。

美国专利US3552937是烧结Cr₃C₂-WC-Ni合金，其制品用于制作喷嘴等零件。日本专利昭57-98651和昭58-31056是以WC或TiC为主要成分的烧结制品，用作热轧辊或热镦模等零部件。

上述三个专利均采用一般的粉末冶金烧结制造方法。首先按组分配料，混合均匀后加入粘结剂，模压成所需尺寸的坯料，随后在烧结炉中在相应的温度和保护气氛下，烧结一定的时间，即得到所需制品。

本发明的目的在于提供一种较为经济的、效率高的用金属陶瓷片堆焊耐磨耐蚀部件的新方法，以及该金属陶瓷片的制造方法。

具体解决方案如下：

首先将尺寸为1.0～3.5×4～20×50～400毫米的金属陶瓷片铺放在需堆焊部件的表面上，用普通电焊条（包括碳钢、不锈钢或铸铁焊条）或CO₂气体保护焊电弧作为热源进行焊接，使金属陶瓷溶入母材。堆焊电流与一般电焊相似，为80～250安培，电焊条直径以φ3-φ5毫米为宜，焊接速度与一般电焊速度相同，由焊工随意掌握。

单片金属陶瓷片在工件上堆焊后，堆焊层宽度约为25毫米，厚度高出母材约3毫米，熔入母材约2毫米，即堆焊耐磨层共厚5毫米。

本发明所采用的金属陶瓷片的化学成分有如下三组：

（1）WC 80～97%，Co 3～6%，Ni 3～15%，Cr 2～3%;

（2）TiC 50～75%，Ni 14～40%，Cr 2～10%，Mo 0～9%;

（3）Cr₃C₂ 45～90%，WC 0～40%，Ni 10～15%。

上述金属陶瓷片的制造方法采用生产效率高的粉末轧制或模压成形，并低温烧结。具体制取方法如下：

首先选取上述一组金属陶瓷片化学成分进行配料，混合48小时后，加入2～5%酚醛树脂或汽油橡胶，随后干燥，过筛，用φ250毫米辊径的粉末轧机轧成厚1.0～3.5毫米、宽度≤20毫米，长度50～400毫米的薄片或也可模压成一定尺寸的薄片，将该薄片置于700～900℃的氢气炉中进行预处理，其目的是将酚醛树脂烧掉，然后在1000～1320℃温度下烧结炉中进行烧结，烧结时间30～60分钟，最终制得所需的金属陶瓷片。

由于该金属陶瓷片采用了高硬度难熔化合物为主要成分，故采用该金属陶瓷片堆焊的耐磨部件硬度高，不经任何热处理硬度均达到HRC≥60，且整个堆焊层硬度均匀。表1列举了堆焊层各部位的硬度值。

表1用金属陶瓷片所得堆焊层的硬度（未经热处理）

测定点	焊道中心线	距中心线 10mm左侧	距中心线 10mm右侧
				硬度HRC	65.0	61.7	63.2

用金相显微镜和X射线衍射仪对堆焊层的金相组织进行检验表明，堆焊层的金相组织由碳化钨、金属碳化物（M₆C）和马氏体基体组成。粗大的碳化物质点均匀地分布在基体上，碳化物质点间距＜10微米。从金相组织的相成分看出，电焊条（或CO₂保护焊中的焊丝）中的铁，进入母材中夺取了金属陶瓷片中的游离碳或化合碳，形成马氏体和M₆C结构，把整个堆焊层的硬度提高到HRC≥60公斤/毫米²，从而大大地提高了堆焊部件的耐磨性能。这是以其它粉末制品作为填充料所达不到的。

同时，采用金属陶瓷片作为填充料与电焊条或CO₂气体保护焊相配合，熔焊速度快，所需熔焊电流也因片薄易熔而降低。所以，本发明特别适用于大面积平面堆焊，用电焊条点焊在立面上，也可作大面积立面堆焊。

本发明的经济效益和社会效益显著。采用本发明堆焊一道次，其堆焊层宽度达到25毫米，比现有技术宽一倍以上，使工作效率大大提高;且金属陶瓷片降低Co达6%以上，成本大为降低;同时，金属陶瓷片的制造过程中，酚醛树脂已被烧掉，消除了对工人身体的危害，减少了环境污染;由于本发明在实施时不需要氩弧焊，易于普遍推广。

本发明应用范围广，可用于水电站水轮机、水泵的抗磨和抗汽蚀部件的堆焊，亦可用于水泥、建筑材料以及矿山机械等易磨部件的堆焊，另外，高炉风口、料钟和轧辊、风机等易磨损件也可采用本发明。

实施例一

按照如下配比（重量百分比）进行配料：碳化钨89%，钴粉6%，电解镍粉3%，球磨铬粉2%。将所配料放入球磨机中，加入酒精成浆状，混合48小时后，加入酚醛树脂5%;再次混合均匀，经烘干，过筛，即制得金属陶瓷混合料;将混合料装入17×130×40毫米的钢模中，加压2吨/厘米²，出模;将所成形的模压片在氢气炉中900℃温度下保温一小时，使酚醛树脂完全烧净;继续升温到1200℃，保温40分钟，即制得堆焊用的2×130×40毫米的金属陶瓷片。

用该金属陶瓷片堆焊钢制拉丝机塔轮。

钢制拉丝机塔轮受钢丝磨损严重。采用上述金属陶瓷片作用填充料，用φ3.2毫米的结422电焊条施焊，焊接电流为90安培。依次在塔轮槽底堆焊上3毫米抗磨层，塔轮的直径为φ210、φ180、φ150、φ120和φ90毫米，五道槽堆焊时间为4小时。焊后用外圆磨床磨成合乎光洁度的槽面，并已装机使用。

实施例二

按重量比将75%的TiC粉，9%的Mo粉，2%的Cr粉和14%镍粉放入混料机中，加入酒精使之成浆状，混合40小时后，加入4%的酚醛树脂（重量比），再次混合均匀;经烘干后过筛，即制得金属陶瓷混合料。将此混合料在粉末轧机上轧成厚度为2.1毫米，宽度为100毫米的金属陶瓷带半成品，再将该金属陶瓷带切割成20毫米宽的片，随后将其在850℃的氢气炉中保温1小时，烧掉酚醛树脂，在1250℃下在烧结炉中进行烧结，烧结时间1小时，即制得所需的金属陶瓷片。

采用该金属陶瓷片在1400瓩混流式水轮发电机的转轮（φ1300毫米）下环和固定迷宫环（φ1314毫米）上各堆焊了宽102毫米的金属陶瓷抗磨、抗汽蚀层。层厚3毫米，总堆焊面积约1米²。实施条件为：采用直径为4毫米的结422碳钢电焊条，堆焊电流200安培。焊后转轮和迷宫环稍加打磨，即可装机发电。

Claims

1、一种以冷模压成形，未经烧结的金属块（条）作为填充料，并将其铺放在工件表面，通过埋弧焊堆焊耐磨部件的方法，其特征在于采用经烧结制成的金属陶瓷片作为填充料，用普通电焊条或CO₂气体保护焊电弧作为热源，堆焊耐磨部件。