本發(fā)明屬于合金堆焊材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種碳化鎢鐵基自熔合金堆焊材料及堆焊方法。

背景技術(shù)：

很多零件在長(zhǎng)期使用和服役過程中發(fā)生材料表面嚴(yán)重磨損而失效。堆焊是一種表面改性處理方法，指將具有一定使用性能的合金材料借助一定的熱源手段熔覆在母體材料的表面，以賦予母材特殊使用性能或使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法。它可以提高零件使用壽命，使普通材料表面獲得耐磨、耐腐蝕、高硬度的堆焊層。堆焊材料有鐵基自熔合金、鎳基自熔合金、鈷基自熔合金等。然而現(xiàn)有堆焊材料存在表面硬度和耐磨性差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)上述的問題，提供了一種碳化鎢鐵基自熔合金堆焊材料及堆焊方法，克服現(xiàn)有堆焊材料表面硬度和耐磨性差的問題，獲得高的表面硬度和耐磨性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種碳化鎢鐵基自熔合金堆焊材料，所述堆焊材料為鐵基自熔合金和20％-30％重量份的碳化鎢的混合物，碳化鎢的粒度為100-200目，堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和共晶組成。

進(jìn)一步地，所述堆焊材料在基體表面堆焊層厚度為2-3mm。

進(jìn)一步地，所述基體為Q235鋼。

進(jìn)一步地，所述堆焊層硬度值為65.7HRC。

進(jìn)一步地，所述堆焊層磨損量為11.7mg。

進(jìn)一步地，所述鐵基自熔合金為Fe314。

本發(fā)明還公開了一種碳化鎢鐵基自熔合金堆焊材料的堆焊方法，包括：

將鐵基自熔合金和20％-30％重量份的碳化鎢粉末在自動(dòng)混料機(jī)中混合均勻，得混合粉末；

將所述混合粉末與水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；

將所述涂層涂敷在基體表面，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；

利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末涂層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。

進(jìn)一步地，所述涂層涂敷在基體表面的厚度為2-3mm。

進(jìn)一步地，所述二氧化碳?xì)怏w流量控制為10L/min。

進(jìn)一步地，所述堆焊的工藝參數(shù)為：送絲速度為0.35m/min，焊接電流為180A，電弧電壓為25V，電源極性為直流正接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以獲得包括以下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明在鐵基自熔合金粉末中加入具有高硬度、高耐磨性、高熔點(diǎn)等特性的碳化鎢作為堆焊材料，利用二氧化碳保護(hù)焊作為熱源進(jìn)行堆焊，克服現(xiàn)有堆焊材料表面硬度和耐磨性差的問題，從而獲得高的表面硬度和耐磨性；堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成，該組織形式可以獲得高的硬度和小磨損量。

(2)當(dāng)涂層厚度為3mm，WC含量達(dá)到30％，堆焊層顯微組織由多角形碳化物(碳化鎢)和少量共晶組成，硬度值達(dá)到最高為65.7HRC，磨損量最低為11.7mg。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有技術(shù)效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明對(duì)比例1的堆焊層金相組織；

圖2為本發(fā)明對(duì)比例2的堆焊層金相組織；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的堆焊層金相組織×400；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的堆焊層金相組織×400。

具體實(shí)施方式

以下將配合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

本發(fā)明提供一種碳化鎢鐵基自熔合金堆焊材料，所述堆焊材料為鐵基自熔合金和20％-30％重量份的碳化鎢的混合物，碳化鎢的粒度為100-200目，堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。

其中，碳化鎢粉末的重量份是相對(duì)于鐵基自熔合金的重量，加入WC可以使金屬材料表面硬度、耐磨性提高，可應(yīng)用在有硬度和耐磨性要求高的場(chǎng)合，但是碳化鎢含量過高會(huì)造成堆焊層與母材即Fe314冶金結(jié)合不好，因此碳化鎢用量選擇20％-30％。碳化鎢的粒度需選擇合適范圍，過大或過小均會(huì)降低耐磨性，因此碳化鎢的粒度選擇100-200目。

優(yōu)選的，堆焊材料在基體表面堆焊層厚度為2-3mm。其中，厚度太小導(dǎo)致堆焊層受母材稀釋率影響大，降低了性能，厚度太大造成焊不透或是堆焊層與母材冶金結(jié)合不好，因此厚度選擇2-3mm。

優(yōu)選的，所述堆焊層硬度值為65.7HRC。

優(yōu)選的，所述堆焊層磨損量為11.7mg。

本實(shí)施例中所用的基體材料為Q235鋼，試樣尺寸加工成100mm×40mm×10mm，成分如表1。

表1Q235鋼成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)

本實(shí)施例所用Fe基自熔合金牌號(hào)為Fe314(成分見表2)，是高鉻鑄鐵型鐵基自熔性合金粉末，屬于Fe-Cr-B-Si系自熔合金，是在高鉻鑄鐵耐磨合金成分的基礎(chǔ)上添加B，Si，Ni等元素研制而成的。

表2Fe314的自熔合金成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)

本發(fā)明還提供一種碳化鎢鐵基自熔合金堆焊材料的堆焊方法，包括以下步驟：

步驟1：將鐵基自熔合金和20％-30％重量份的碳化鎢粉末(粒度為100-200目)在自動(dòng)混料機(jī)中混合均勻，得混合粉末；其中碳化鎢粉末的重量份是相對(duì)于鐵基自熔合金的重量。

步驟2：將所述混合粉末與一定量的水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；其中水玻璃起粘結(jié)的作用，其用量要適中，水玻璃用量以混合粉末能成塊為宜。

由于采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊，引弧前堆放在母材上的合金粉末粒度較小易被氣流吹散。引弧后，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊電弧吹力較大，焊炬移動(dòng)時(shí)，會(huì)將涂敷于試樣表面的粉末向前推進(jìn)，導(dǎo)致堆焊層合金成分分布不均，因此將混合粉末和一定量的水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層。

步驟3：將所述涂層涂敷在基體表面，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；

步驟4：利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末涂層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。其中多角形碳化鎢和少量共晶的組織形式可以獲得高的硬度和小磨損量。

進(jìn)一步地，所述涂層涂敷在基體表面的厚度為2-3mm。

進(jìn)一步地，所述二氧化碳?xì)怏w流量控制為10L/min。

進(jìn)一步地，堆焊層的硬度值最大為65.7HRC，磨損量最小為11.7mg。

進(jìn)一步地，所述堆焊的工藝參數(shù)為：焊絲為高錳焊絲H08Mn2SiA，焊絲直徑為1.0mm，送絲速度為0.35m/min，焊接電流為180A，電弧電壓為25V，電源極性為直流正接。

實(shí)施例1

步驟1：將鐵基自熔合金Fe314和20％重量份的碳化鎢粉末在自動(dòng)混料機(jī)中混合均勻，得混合粉末；

步驟2：將所述混合粉末與一定量的水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；

步驟3：將所述涂層涂敷在基體Q235鋼表面，涂敷厚度為3mm，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；

步驟4：利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，控制二氧化碳?xì)怏w流量為10L/min，在基體Q235鋼表面堆焊所述混合粉末涂層，堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。堆焊的工藝參數(shù)為：焊絲為高錳焊絲H08Mn2SiA，焊絲直徑為1.0mm，送絲速度為0.35m/min，焊接電流為180A，電弧電壓為25V，電源極性為直流正接。

實(shí)施例2

步驟1：將鐵基自熔合金Fe314和30％重量份的碳化鎢粉末在自動(dòng)混料機(jī)中混合均勻，得混合粉末；

步驟2：將所述混合粉末與一定量的水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；

步驟3：將所述涂層涂敷在基體Q235鋼表面，涂敷厚度為3mm，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；

步驟4：利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，控制二氧化碳?xì)怏w流量為10L/min，在基體Q235鋼表面堆焊所述混合粉末涂層，堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。堆焊的工藝參數(shù)為：焊絲為高錳焊絲H08Mn2SiA，焊絲直徑為1.0mm，送絲速度為0.35m/min，焊接電流為180A，電弧電壓為25V，電源極性為直流正接。

實(shí)施例3

步驟1：將鐵基自熔合金Fe314和20％重量份的碳化鎢粉末在自動(dòng)混料機(jī)中混合均勻，得混合粉末；

步驟2：將所述混合粉末與一定量的水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；

步驟3：將所述涂層涂敷在基體Q235鋼表面，涂敷厚度為2mm，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；

步驟4：利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，控制二氧化碳?xì)怏w流量為10L/min，在基體Q235鋼表面堆焊所述混合粉末涂層，堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。堆焊的工藝參數(shù)為：焊絲為高錳焊絲H08Mn2SiA，焊絲直徑為1.0mm，送絲速度為0.35m/min，焊接電流為180A，電弧電壓為25V，電源極性為直流正接。

實(shí)施例4

步驟1：將鐵基自熔合金Fe314和25％重量份的碳化鎢粉末在自動(dòng)混料機(jī)中混合均勻，得混合粉末；

步驟2：將所述混合粉末與一定量的水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；

步驟3：將所述涂層涂敷在基體Q235鋼表面，涂敷厚度為3mm，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；

步驟4：利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，控制二氧化碳?xì)怏w流量為10L/min，在基體Q235鋼表面堆焊所述混合粉末涂層，堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。堆焊的工藝參數(shù)為：焊絲為高錳焊絲H08Mn2SiA，焊絲直徑為1.0mm，送絲速度為0.35m/min，焊接電流為180A，電弧電壓為25V，電源極性為直流正接。

對(duì)比例1

將鐵基自熔合金Fe314，不添加碳化鎢，在基體Q235鋼表面進(jìn)行堆焊，涂層厚度為2mm，其余條件與實(shí)施例1相同。

對(duì)比例2

將鐵基自熔合金Fe314，不添加碳化鎢，在基體Q235鋼表面進(jìn)行堆焊，涂層厚度為3mm，其余條件與實(shí)施例1相同。

將堆焊后的試樣磨平，拋光，再用4％的硝酸酒精溶液腐蝕試樣，在XJL-024型立式金相顯微鏡上觀察堆焊層顯微組織。利用HR150-A型洛氏硬度機(jī)測(cè)試堆焊層的洛氏硬度，每個(gè)試樣測(cè)三個(gè)數(shù)值，再計(jì)算平均值作為該試樣的洛氏硬度。在ML-100銷盤式磨料磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行磨粒磨損試驗(yàn)，將磨損前后的試樣放在電子天平上稱量，計(jì)算磨損量。

測(cè)試結(jié)果：

(1)堆焊層金相分析

圖1是對(duì)比例1涂層厚度2mm的Fe314堆焊層顯微組織，其組織為初生奧氏體相加少量共晶，是一種亞共晶組織；圖2是對(duì)比例2涂層厚度3mm的Fe314堆焊層組織，它是典型的過共晶組織，在大量共晶組織基體上存有少量的合金滲碳體(白色長(zhǎng)條狀相)，合金滲碳體應(yīng)為(Fe，Cr)₃C，其余組織應(yīng)為多種復(fù)雜化合物的共晶，如碳化物和硼化物等，與圖1相比較，圖2堆焊層組織和Fe314相似，仍為高鉻合金鑄鐵類型，這主要是由于隨著涂層厚度增加堆焊層組織受母材稀釋作用減小的緣故。圖3是實(shí)施例1涂層厚度3mm，含20％WC的堆焊層組織，組織中有少量初生固溶體枝晶和大量共晶組織，這說明稀釋率較小，堆焊層成分接近于自熔合金的原始成分，又由于WC含量不高WC可能在堆焊過程中發(fā)生熔解；圖4是實(shí)施例2涂層厚度3mm，含30％WC的堆焊層組織，該組織非常典型，是由多角形碳化物(碳化鎢)和少量共晶組成，根據(jù)有關(guān)資料分析，多角形的為碳化鎢，長(zhǎng)條形的為合金滲碳體，且這些化合物是在固相下析出并長(zhǎng)大。

(2)堆焊層硬度分析

表3是不同涂層厚度和不同WC含量時(shí)堆焊層硬度值，從表3中可以看出，當(dāng)合金粉末中不含WC時(shí)堆焊層表面的硬度隨涂層厚度的增加而增加，從金相圖片中可以看出，當(dāng)涂層厚度為3mm時(shí)，堆焊層組織為過共晶組織，組織中有(Fe，Cr)₃C型碳化物及奧氏體與碳硼化合物的共晶組織，因此當(dāng)涂層厚度為3mm時(shí)硬度較高；當(dāng)涂層厚度為3mm不變，F(xiàn)e314中加入WC時(shí)，堆焊層表面的硬度隨著WC含量的增加而增大，WC含量較少時(shí)有部分WC顆粒在堆焊時(shí)發(fā)生熔解，其金相組織中有大量共晶，因此硬度值也較高。當(dāng)WC含量達(dá)到30％時(shí)，通過金相組織可以看到組織中有大量WC顆粒，這些硬質(zhì)顆粒的彌散強(qiáng)化作用，使合金堆焊層具有更高的耐磨性、紅硬性和抗氧化性，因此當(dāng)WC含量為30％時(shí)，堆焊層硬度值最大為65.7HRC。

表3堆焊層硬度

(3)堆焊層耐磨性分析

表4是不同涂層厚度和不同WC含量時(shí)堆焊層的磨損量值，一般情況下，材料越硬，耐磨性越好，從表中也可看出，當(dāng)合金粉末中不含WC，涂層厚度3mm時(shí)，硬度值最高，磨損量最小，當(dāng)涂層厚度3mm不變時(shí)，WC含量達(dá)到30％時(shí)，硬度值最高，磨損量最小。WC是超硬的硬質(zhì)相，堆焊層中的硬質(zhì)相WC能使試樣堆焊層表面的硬度大幅度提高，磨損量急劇下降。

表4堆焊層磨損量

綜上所述，當(dāng)涂層厚度為3mm，WC含量達(dá)到30％，堆焊層顯微組織由多角形碳化物(碳化鎢)和少量共晶組成，硬度值達(dá)到最高為65.7HRC，磨損量最低為11.7mg。

本發(fā)明在鐵基自熔合金粉末中加入具有高硬度、高耐磨性、高熔點(diǎn)等特性的碳化鎢作為堆焊材料，利用二氧化碳保護(hù)焊作為熱源進(jìn)行堆焊，克服了現(xiàn)有堆焊材料表面硬度和耐磨性差的問題，獲得高的表面硬度和耐磨性。

上述說明示出并描述了發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。