[发明专利]一种原位合成WC及W6C型碳化物增强自保护堆焊药芯焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种原位合成WC及W₆C型碳化物增强自保护堆焊药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

堆焊作为一种绿色制造工艺，广泛应用于各类耐磨部件的修复或再制造。其中以碳化钨为主要硬质相的碳化钨堆焊合金抗磨粒磨损性能优越，在严苛磨粒磨损工况条件下的耐磨部件修复或再制造上获得广泛使用。传统碳化钨堆焊合金的制造，一般是依靠管状焊丝采用高频加热和气焊进行，而采用电弧堆焊，会使添加在药芯中的碳化钨颗粒烧损严重，对耐磨性造成不良影响。因此，开发一种能够有效避免碳化钨烧蚀的耐磨堆焊药芯焊丝，具有重要的工程应用价值。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种原位合成WC及 W₆C型碳化物增强自保护堆焊药芯焊丝及其制备方法。

技术内容：为实现上述技术目的，本发明提出一种原位合成WC及W₆C型碳化物增强自保护堆焊药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，所述的药芯成分质量百分含量范围如下：6～12％的高碳锰铁，50～60％的钨粉，6～12％的电解锰粉，8～ 12％的石墨，1～3％的硼铁，1～3％的铝镁合金，1～3％的硅锰合金，余量为铁粉，其中，硼铁、铝镁合金及硅锰合金均以60目和200目两种粒度添加，药芯粉末占焊丝总重的50-55％。

优选地，所述的原位合成WC及W₆C型碳化物增强自保护堆焊药芯焊丝，在其堆焊合金组织中形成先析WC碳化物和W₆C及部分马氏体组成的共晶，堆焊层硬度高达 62～66HRC。

优选地，所述的高碳锰铁含碳量为7.8～8.2wt％，含锰量为70～82wt％，其余为铁；所述的硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁；所述的铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁；所述的硅锰合金含硅量为47～53wt％，其余为锰。

优选地，所述药芯中60目的硼铁和200目的硼铁以质量比1:1组合的方式加入。

优选地，所述药芯中60目的铝镁合金和200目的铝镁合金以质量比1:1组合的方式加入。

优选地，所述药芯中60目的硅锰合金和200目的硅锰合金以质量比1:1组合的方式加入。

优选地，所述药芯中，所述药芯中的高碳锰铁、钨粉、电解锰粉、石墨及铁粉组分的粒径均等于80目。

优选地，所述药芯中，所述低碳钢带厚度×宽度为0.5×21mm。

优选地，所述药芯中，所述焊丝的直径为2.8mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm和 4.2mm中的任意一种。

上述原位合成WC及W₆C型碳化物增强自保护堆焊药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形，然后通过送粉装置将药芯粉末按焊丝总重的50-55％加入到U形槽中；

(2)将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.8～4.2mm，得到最终产品。

在上述药芯中各组分主要作用如下：

高碳锰铁：向堆焊金属中过渡合金元素锰，并提供C元素。

钨粉：向堆焊合金中过渡合金元素W，成为形成WC及W₆C硬质相的必要元素。

石墨：提供C元素，以与熔池中的W发生化学反应形成WC及W₆C硬质相。

硼铁：脱氧，改善熔池流动性。

铝镁合金：脱氧，固氮，增强自保护效果。

硅锰合金：脱氧，增强自保护效果；过渡合金元素Mn及元素Si。

由上述技术方案和药芯中各组分的作用简述可以明了，本发明由于在药芯中添加了足量的W和C并配合其他药芯组分，它们在焊接冶金熔体中发生反应，梯次析出WC 及W₆C型复合硬质相，原位合成的碳化钨硬质相有效避免了外加碳化钨颗粒的烧蚀难题，并使得耐磨骨架的结构紧密且充分，堆焊合金耐磨性优异，达到了本发明的目的。