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1、药芯焊丝堆焊耐磨合金层工艺及性能研究张玉峰，王晓东2,姜忠宝(1.武汉军械士官学校，湖北武汉430075； 2.山西建筑职业技术学院山西太原030006)摘要：采用Oh气体保护焊方法，研制了 一种耐磨损的Fe/Cr-WC系药芯焊丝堆焊合金。通过堆焊层的 平均硬度、磨损失重及微观组织的分析，研究了堆焊合金的耐磨损性能。同时系统地讨论了药芯中合金 元素Cr、WC、Mo、V对堆焊层硬度和耐磨性的影响规律，从而确定了药芯中最佳合金元素含量。结果表 明Cr元素的含量为5. 5% 6. 0%, WC粉末的含量为3. 9%4. 2%, Mo元素的含量在1. 6%, V元素的含量在3. 2% 范围内时，Fe/
2、Cr-WC系药芯焊丝堆焊合金的配比适当，堆焊层具有较好的硬度及耐磨性。关键词：COi气体保护焊；药芯焊丝；耐磨堆焊合金 图分类号：TQ153. 1 文献标识码：AResearch on Properties of Fe/Cr-WC Welding Wire with Flux CoredOverlap Welding Wear-resisance AlloyZHANG Yufeng, WANG Xiaodong, JIANG Zhongbao(1. Wuhan Ordnance Noncommissioned Officer School, Wuhan430075, China： Z.Sanx
3、i Constmct OccupationTechnique TechnolocyTaiyuan, 030006, China )Abstract： Adopt a Co2 gas shielded are vzelding method, use Fe/Cr-WC welding wire with flux cored to oveidap welding wear-resisance alloy by developed. Assing the average degree of hardness of the layer and vzeanng away to lose is heav
4、y and tlie analysis of the tiny view organization, studied beaiing of vzear resisance of welded alloy to wear av/ay function. Systematically discussed tlie metal alloy chemical element in the flux cored at the same tune Cr and WC, Mo and V to wear resisance of welded alloy degree of hardness and bea
5、r the influence regulation of whetting function, made sure flux cored tlius the content is in the best metal alloy chemical element Result expresses the content of Cr chemical element as 5 5%6.0%, the content of WC powder is 3 9%4.2%, in 1.6%, when the content of Mo chemical elements tlie content of
6、 V chemical element is in 3.2% scopes Fe/Cr-WC fasten going together with of the flux cored wire silk wear resisance of welded alloy ratio adequacy, the wear resisance of v/elded alloy has better degree of hardness and bears to whet functionKeyword： C02 gas shielded are welding, Welding wire with fl
7、ux cored, Overlap welding, Wear-resisance alloy。引言对于磨损失效零部件的修复而言，国内外大致可分为两类。一类是基于机械结合机理的技术，主要 包括刷镀和喷涂等，基于机械结合机理技术的修复，缺陷是堆焊层与基体材料的结合强度低(如刷镀在 150200MPa之间，喷涂一般低于80MPa)；另一类是基于冶金结合机理的技术，常用方法有焊条电 弧焊、CO?气体保护焊等。采用手工电弧焊进行堆焊，效率低、焊工劳动强度大，采用C02气体保护焊修 复磨损面，则是一种高效率的方法，但又缺少硬度高、耐磨性能好的堆焊合金材料。为了寻得CO?气体 保护焊药芯焊丝堆焊合金材料，
8、试验对比了不同成分的药芯与多种合金元素堆敷的工艺性能及焊层质 量，研究了药粉组成对堆焊层硬度与耐磨性的影响规律，研制了一种耐磨损的Fe/Cr-WC系药芯焊丝.堆焊 合金。通过调节药粉元素含量，提高堆焊层的硬度，降低磨损量，使堆焊合金具有优异的耐磨损性能。 1实验1. 1试验材料(1) Fe/Cr-WC系焊税药粉组成：焊税药粉以Cr元素为主要强化合金元素，添加适量WC粉末和Mo、V元素等而成，其化学成分见表1。表1药芯焊统化学成分Table 1 Composition of welding wire with flux cored药粉组成CrWCMoVMn Ti石墨烧结粉含量(wt%)5.5 6
9、.03. 9-4. 2 1.63.21. 05 0. 060.81.5(2) Fe/Cr-WC系焊幺幺药粉成分的计算：加入焊丝药粉配方中的合金元素的百分含量用下述公式进 行粗略估算。(MtyM带Xri ) -i- (q XKbXKe)式中：M牝为配方中加入某纯金属粉末或铁合金、碳化物的百分含量；M,，为堆焊焊道中某合金元素要求的百分含量；M荷为钢带中某合金元素的百分含量；q为合金元素过渡系数；K、为粉芯焊统的加粉重量系数，亦称包粉量(粉芯成分与焊税重量之比)；K,为某合金元素在该铁合金中的百分含量，若为纯金属粉末则为100%。1. 2试验设备焊接设备选用武汉军械士官学校研制的JXNB300逆变
10、式C0,气体保护焊机;实验试样为普通碳素钢, 规格100mmX40mmX20nimo耐磨性实验采用玄武三号实验机，磨损销的材料为40Cr (11f 00 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4WC含量/% (Wt)Y-硬度1失重图3堆焊层金属的硬度、磨损量与WC含量的关系Figure 3 Relation between overlap welding alloy ofhardfacing and wear rate with WC content2. 3 Mos V元素对堆焊层性能的影响为研究M。、V元素的作用，固定其它合金元素的含量，调节药芯中M。、V元素含量。Mo、V元素对堆 焊
11、层硬度及耐磨性的影响规律，如图4所示。0 0500 0 07 6 5 4 3 2101000 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 3.2 3.6MO、V含量/% (Wt)硬度(Mo) *失重(Mo )T硬度(V) 一失重(V)图4堆焊层金属的硬度、磨损量与M。、V含量的关系Figure 4 Relation between overlap welding alloy ofhardfacing and wear rate with Mo,V content从图4可以看出，当Mo元素含量0. 45%时，堆焊层平均硬度较低，失重也较大。当Mo元素含量为 0.45%1.6%范围内变化时，随着M
12、。元素含量的增加，试样堆焊层的平均硬度有较大幅度的增长，从 50. 1HRC增加到55. 8HRC,耐磨性也随之提高，失重 W由0. 0610g减少到0. 0346g；当V元素含量为V2. 2% 时，堆焊层的平均硬度相对较低，失重也较大。而当V元素的含量在2. 2 %3. 2%的范围内变化时，随 着堆焊合金中V元素含量的增加，试样堆焊层表面的硬度增加幅度较大，由50. 1HRC增加到56. 9HRC,堆 焊层失重 W由0. 0348g减少到0. 0316g,耐磨性明显增强。这是因为在堆焊过程中，熔池温度高达1000C 以上，熔池中的M。、V元素与C元素会形成MsC、VC、V硬质相，分布在堆焊层
13、中。随着Mo、V元素含量 的增加，质相的数量相应增加，从而提高了堆焊层的硬度和耐磨性。由于合金粉末中C元素的含量是有 限的，加之还含有其它碳化物形成元素，使得有过剩的M。、V元素不能以硬质相的形式存在。而旦过 剩的Mo、V元素会偏析于晶界，导致堆焊层易开裂，合金粉末中的M。、V元素含量不能过高。M。元素的含 量控制在1.6%, V元素的含量在3. 2%范围内时，M。、V元素和C元素含量相匹配，较易形成硬质相，达到 良好的强化效果，堆焊层耐磨性达到最好。3结论（1）WC粉末和Cr、Mo、V元素堆焊合金系的配比适当，能使研制的Fe/Cr-WC系药芯焊丝堆焊合金层具有 优异的耐磨损性能。（2）研究中
14、发现，Cr元素与C元素形成Cr；C,硬质相，M。、V元素与C元素会形成MsC、VC、V硬质相， WC会发生氧化、再结晶、新相析出等各种物理化学反应形成WC、W等硬质相，分布在堆焊层中。（3）Cr元素的含量为5. 5%6.0%, WC粉末的含量为3. 9%4. 2%, M。元素的含量在1.6%, V元素的含量在3. 2%范围内时，Fe/Cr-WC系药芯焊丝堆焊合金的耐磨性能达到最佳。参考文献张玉蜂，谢双显.聚酰胺（PA）工程塑料表面刷镀工艺研究J.表面技术,2009, 38:42-43.2 王清宝，王智慈，李世敏.Fe-Cr-C系高碳耐磨堆焊合金组织及性能J.焊接学报,2004, 25（6）:
15、109-123.3 刘政军，张桂清，尹奕君等.合金元素对铁基耐磨堆焊合金性能的影响J.焊接学报,2007, 28（3）:69-72.4 索进平，冯涤.骆合力等.WC颗粒在堆焊过程中溶解机理的研究J.功能材料,2003, 34 （2）:221-223.5 侯清宇，高甲生.Co-Cr-V系等离子弧堆焊合金层显微结构的研究J.稀有金属材料与工程2001, 33（11）:1999-1202.6 桂赤斌，吴平安,王安立.A1对药芯焊税CQ气体保护焊熔敷金属成分的作用J.焊接学报,2005, 26:54-56.作者简介：张玉峰，男，1959年1月生，河北省乐亭县人，武汉军械士官学校自行火炮系火力教研室 副教授，长期从事军械维修研究工作。联系地址：武汉东湖新技术开发区武汉军械士官学校自行火炮系火力教研室张玉峰（邮编：430075） 电 话：027-51777082 （办）027-51777854 （宅）13006121238 （手机）E-mail: shujian59 163. com
药芯焊丝堆焊耐磨合金层工艺及性能研究
