一種耐熱耐磨藥芯焊絲:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,

《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》是鄭州機械研究所於2016年7月12日申請的專利，該專利的公布號為CN105945456A，授權公布日為2016年9月21日，發明人是黃智泉、潘健、魏建軍、楊威、張永生、李軍偉、尼軍傑、張海燕。

《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》屬於金屬堆焊材料技術領域，特別涉及一種耐熱耐磨藥芯焊絲。所述耐熱耐磨藥芯焊絲，由低碳冷軋鋼帶包覆藥芯粉製成，藥芯粉的重量百分組成如下：石墨烯0.25%‑1.0%、金屬鉻40%‑45%、電極石墨5%‑9%、大理石2%‑4%、碳化鉻1%‑3%、電解金屬錳1%‑4%、矽鐵3%‑6%、鉬4%‑6%、鎳6%‑10%、硼鐵2%‑4%、鈮0.5%‑3%、鎢0.5%‑3.0%、稀土0.5%‑1%，餘量為FHY100.25還原鐵粉。該發明利用在藥芯粉中加入納米級石墨烯、稀土元素和碳化鉻等組分，並通過最佳化組分合理範圍，實現了焊縫金屬組織細化和均勻化，提高了堆焊金屬的高溫回火穩定性。

2020年7月14日，《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

基本介紹

中文名：一種耐熱耐磨藥芯焊絲
申請人：鄭州機械研究所
申請日：2016年7月12日
申請號：2016105434256
公布號：CN105945456A
公布日：2016年9月21日
發明人：黃智泉、潘健、魏建軍、楊威、張永生、李軍偉、尼軍傑、張海燕
地址：河南省鄭州市高新技術產業開發區楓楊街10號
Int. Cl.：B23K35/368(2006.01)I、B23K35/30(2006.01)I、B23K35/40(2006.01)I
代理機構：鄭州先風專利代理有限公司
代理人：黃偉
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

機械零件的主要失效形式中因在高溫和腐蝕作用下磨損失效的比重占60％-80％，因而對材料表面改性、提高材料在高溫和腐蝕作用下的耐磨性或對己經失效的材料進行修復，延長其使用壽命，提高經濟效益具有重大的現實意義。

堆焊技術是一種常用的表面改性及修復的方法，主要套用於水泥、鋼鐵、電力、採礦等行業。藥芯焊絲作為新一代的焊材，具有熔敷率高、熔敷速度快、成形美觀、成分容易調整、焊接適應性強等優點。近年來藥芯焊絲逐漸成為耐磨堆焊的首選焊材。

在焊接材料的設計中，合金元素對力學性能的影響不僅取決於碳與合金元素形成碳化物的類型、尺寸、形狀、數量以及分布狀態，而且取決於晶粒的大小及合金元素的分布均勻度。焊縫中為獲取碳，在藥芯焊絲中往往加入一定量的石墨，從而滿足焊縫熔敷金屬的硬度及其力學性能。但是，隨著石墨粉的加入，焊縫中晶粒比較粗大且組織分布不均勻，堆焊層易出現巨觀裂紋，從而使堆焊層的保護效果大大降低，加快了工件在高溫和腐蝕作用下的磨損。以鐵基耐熱耐磨合金為例，其通常在600℃以上時，硬度會顯著下降，900℃時洛氏硬度值一般不高於55HRC。耐磨堆焊藥芯焊絲一般情況下可滿足550℃以下工況使用，當超過700℃時大多數就需使用鈷基合金，但其價格太高。故如何獲得微觀組織均勻和在600℃以上具有良好的回火穩定性的堆焊層是困擾焊接界的一個重要問題。

發明內容

專利目的

《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》的目的是提供一種耐熱耐磨藥芯焊絲，既能獲得組織均勻的微觀組織，同時在600℃-900℃的工況下使用狀況良好，能獲得具有良好回火穩定性的堆焊層。

技術方案

《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》由低碳冷軋鋼帶包覆藥芯粉製成，所述藥芯粉的重量百分組成如下：石墨烯0.2％-1.0％、金屬鉻40％-45％、電極石墨5％-9％、大理石2％-4％、碳化鉻1％-3％、電解金屬錳1％-4％、矽鐵3％-6％、鉬4％-6％、鎳6％-10％、硼鐵2％-4％、鈮0.5％-3％、鎢0.5％-3.0％、稀土0.5％-1％，餘量為FHY100.25還原鐵粉。

優選的，所述藥芯粉占焊絲總質量的30％-60％。

優選的，所述石墨烯為納米級石墨烯。

所述碳化鉻為納米級碳化鉻。

所述稀土為納米級稀土。具體採用的稀土沒有特別限定，如可採用鈰或混合稀土等，採用不同的稀土種類對產品性能的影響基本相當。

所述的金屬鉻：Cr≥99.9％；所述電極石墨：C≥90％；所述大理石為工業級；所述碳化鉻：Cr₃C₂≥99.5％，納米級；所述電解金屬錳：Mn≥99.5％，C<0.03％，S<0.03％，P<0.03％；所述矽鐵：Si≥75％；所述鉬：Mo≥98％；所述鎳：Ni≥99％；所述硼鐵：B≥17％，C<0.1％；所述鈮：Nb≥98％；所述鎢：W≥98％；所述稀土：稀土純度≥99％，納米級。

所述藥芯粉60目通過率為100％，大於180目<20％。

所述焊絲直徑為1.6-2.8毫米。

所述鋼帶為低碳冷軋鋼帶，其中C<0.05％，Si<0.03％，Mn0.15～0.25％，S、P<0.03％；抗拉強度：280-350兆帕，伸長率≥35％。寬度14-18毫米、厚度為0.25-0.3毫米。

《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》在藥芯焊絲使用過程中採用CO₂氣體保護，CO₂氣體純度大於99.5％，H₂O小於0.3％。

改善效果

《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》通過在藥芯粉中加入納米級石墨烯、納米級稀土元素和碳化鉻等組分，並最佳化各組分合理範圍，實現了促進焊縫金屬組織細化和均勻化，並提高高溫回火穩定性。和未添加納米級石墨烯的藥芯焊絲相比，納米級石墨烯表面原子具有極高的化學活性，極不穩定，很容易與其他原子結合，大量的界面為原子擴散提供了高密度的短程快擴散路徑；這使得其在金屬熔體中比石墨更容易擴散，提高其均勻度；納米級稀土氧化物顆粒，具有細化晶粒的作用性；納米碳化鉻可起到非自發形核的作用。另外，該發明中添加了Ni、W、Cr等多種合金元素，在堆焊金屬中形成穩定性極高的含W、Nb、B和Mo等合金元素的碳化物，同時基體中也含有較高的合金元素，從而提高了焊縫金屬的組織均勻性和高溫回火穩定性。該發明熔敷金屬焊條及高溫回火態微觀組織均勻，900℃回火8小時洛氏硬度在58HRC以上，在600-900℃之間工況條件下使用具有優良的耐熱耐磨性能。

附圖說明

圖1為《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》的藥芯焊絲熔敷金屬的100×金相組織；

圖2為其他成分相同，但未添加納米級石墨烯的藥芯焊絲熔敷金屬的100×金相組織。

圖1和圖2的金相組織均在蔡司顯微鏡上觀察，腐蝕液為硝酸酒精水溶液。

技術領域

《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》屬於金屬堆焊材料技術領域，特別涉及一種耐熱耐磨藥芯焊絲。

權利要求

1.《一種耐熱耐磨藥芯焊絲》由低碳冷軋鋼帶包覆藥芯粉製成，其特徵在於，所述藥芯粉的重量百分組成如下：石墨烯0.2％-1.0％、金屬鉻40％-45％、電極石墨5％-9％、大理石2％-4％、碳化鉻1％-3％、電解金屬錳1％-4％、矽鐵3％-6％、鉬4％-6％、鎳6％-10％、硼鐵2％-4％、鈮0.5％-3％、鎢0.5％-3.0％、稀土0.5％-1％，餘量為FHY100.25還原鐵粉。

2.如權利要求1所述的耐熱耐磨藥芯焊絲，其特徵在於，所述藥芯粉質量占焊絲總質量的30％-60％。

3.如權利要求1所述的耐熱耐磨藥芯焊絲，其特徵在於，所述石墨烯為納米級石墨烯。

4.如權利要求1所述的耐熱耐磨藥芯焊絲，其特徵在於，所述稀土為納米級稀土。

5.如權利要求1所述的耐熱耐磨藥芯焊絲，其特徵在於，所述碳化鉻為納米級碳化鉻。

6.如權利要求1所述的耐熱耐磨藥芯焊絲，其特徵在於，所述藥芯粉60目通過率為100％，大於180目<20％。

7.如權利要求1所述的耐熱耐磨藥芯焊絲，其特徵在於，所述的焊絲直徑為1.6-2.8毫米。

8.如權利要求1-7任一所述的耐熱耐磨藥芯焊絲，其特徵在於，所述的鋼帶為寬度14-18毫米、厚度為0.25-0.3毫米的低碳冷軋鋼帶。