本發(fā)明屬于金屬焊接材料技術領域，具體涉及一種高硬度自保護堆焊藥芯焊絲及其制備方法。

背景技術：

高鉻鑄鐵組織內部存在高硬度的碳化物，提供了優(yōu)良的耐磨性，加之成本低廉，因此在礦山、機械。水泥和冶金等領域獲得廣泛應用。具體說來，高鉻鑄鐵結構分為亞共晶、共晶和過共晶三種。其中過共晶組織中含有大量孤立高硬度的初生碳化物，耐低應力磨損能力更加突出。傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵一股采用鑄造方法制造，但是使用該法只能獲得含碳、鉻量相對較低的亞共晶或共晶組織。如果繼續(xù)增加碳、鉻含量，試圖形成過共晶組織時，鑄件中會不可避免產生疏松、縮孔、熱裂紋等缺陷。

采用先進堆焊技術，可以彌補鑄造方法無法獲得過共晶的缺憾，獲得無缺陷的過共晶高鉻鑄鐵堆焊合金，其藥芯中添加高碳鉻鐵，以保證焊后組織中含有更高的碳、鉻含量，從而使得高鉻鑄鐵堆焊合金具有更佳的耐磨性能。如北京工業(yè)大學發(fā)明了《高抗裂耐磨高鉻鑄鐵型堆焊藥芯焊絲》(200510127968.1)，其高碳鉻鐵添加量40～60％，其硬度范圍hrc56～60；天津大橋發(fā)明了《一種高鉻鑄鐵明弧堆焊藥芯焊絲及其制備》(專利號201110446957.5)，其高碳鉻鐵添加量40～60％，其硬度范圍hrc60～61?？梢姡砑痈弑壤母咛笺t鐵組分，是獲得高碳高鉻化學成分，進而形成含有更多初生碳化物的組織，從而具備更高耐磨性的關鍵。

通過分析國內外已有的相關專利發(fā)現，目前尚無關于藥芯中高碳鉻鐵添加量70～80％而硬度卻非常高的堆焊藥芯焊絲報道。其原因是自保護藥芯焊絲的研制難度較大，往往需要有較多的造渣造氣劑實現自保護效果，使得藥芯空間受限。

技術實現要素：

本發(fā)明提出一種高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，該藥芯焊絲具有極高的硬度與耐磨性能。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現的：

一種高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，所述的藥芯包含如下質量百分數的組分：高碳鉻鐵70～80％、硅錳合金6～10％、鋁鎂合金1～2％、石墨0.8～3.6％、氮化硼0.5～2％、金紅石5～13％與螢石2～6％；藥芯占焊絲總重量的比例為45～55％。

進一步，所述高碳鉻鐵含碳量為9～10wt％，含鉻量為60～70wt％，其余為鐵。

進一步，所述低碳鋼帶為h08a碳鋼鋼帶。

進一步，所述金紅石為經過400～480℃烘烤后的金紅石。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種高硬度自保護堆焊藥芯焊絲的制備方法，包括以下步驟：

⑴利用成型軋輥將低碳鋼鋼帶軋成u形，然后通過送粉裝置將藥芯材料按焊絲總重的45～55％加入到u形槽中；

⑵將u形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達到2.40～4.10mm，得到最終產品。

在上述藥芯中各組分主要作用如下：

高碳鉻鐵：其成分為向堆焊金屬中過渡合金元素cr，并提供c元素，以在焊接過程中形成碳化物耐磨硬質相。

硅錳合金：配方中加入適量的硅元素有助于改善焊縫成型。

鋁鎂合金：脫氧、固氮。

石墨：脫氧，向熔池中提供c元素。

氮化硼：改善熔池流動性和焊縫成形，提高各金屬流動性。并且有利于形成硼碳硬質相，進一步提高硬質相的體積分數和堆焊金屬的硬度。

金紅石：作為造渣劑使用，嚴格控制造渣劑的加入量，可以減薄焊后渣殼，有利于熔池中氣體的逸出，減少氣孔數量，提高焊絲的熔敷速度。

螢石：穩(wěn)定電弧，改善熔池流動性。

本發(fā)明有益效果：

1、本發(fā)明中的高碳鉻鐵添加量為70～80％(比現有技術60％略高)，通過硅錳合金、鋁鎂合金、石墨、氮化硼、金紅石與螢石的合理調配，成功解決了焊絲的自保護問題，避免了氣孔等缺陷的發(fā)生，提高堆焊合金的硬度(68～72hrc)。

2、由于高碳鉻鐵價格便宜，且藥芯中未加任何貴重元素，自保護堆焊藥芯焊絲的制造成本大大降低。

具體實施方式

實施例1

藥芯按以下質量進行配制：高碳鉻鐵80g、硅錳合金9.5g、鋁鎂合金1g、石墨2g、氮化硼0.5g、金紅石5g與螢石2g。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機內，混合40分鐘，然后把混合粉末加入u形的16×0.3mm的h08a碳鋼鋼帶槽中，填充率為55％。再將u形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40～4.10mm的焊絲產品。焊接電流為280～400a，焊接電壓為28～36v，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。

實施例2

藥芯按以下質量進行配制：高碳鉻鐵76g、硅錳合金8g、鋁鎂合金2g、石墨0.8g、氮化硼1.2g、金紅石6g與螢石6g。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機內，混合40分鐘，然后把混合粉末加入u形的16×0.3mm的h08a碳鋼鋼帶槽中，填充率為50％。再將u形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40～4.10mm的焊絲產品。焊接電流為280～400a，焊接電壓為28～36v，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。

實施例3

藥芯按以下質量進行配制：高碳鉻鐵70g、硅錳合金10g、鋁鎂合金1g、石墨3.6g、氮化硼1.2g、金紅石10g與螢石4.2g。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機內，混合40分鐘，然后把混合粉末加入u形的16×0.3mm的h08a碳鋼鋼帶槽中，填充率為45％。再將u形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40～4.10mm的焊絲產品。焊接電流為280～400a，焊接電壓為28～36v，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。

實施例4

硬度采用hr-150a洛氏硬度計，荷載150kg，對每一個測試樣取5點硬度，計算平均硬度值。

磨損實驗采用mls-225型濕式橡膠輪磨損試驗機。

將每個實施例的堆焊層切五個尺寸為57×25×6mm磨損試樣。磨損實驗參數如下：橡膠輪直徑：178mm，橡膠輪轉速：240轉/分，橡膠輪硬度：70(邵爾硬度)，載荷：10kg，橡膠輪轉數：預磨1000轉，正式試驗轉1000轉，磨料：40～70目的石英砂。堆焊金屬的耐磨性能以正式磨損的失重量來衡量。在每次實驗前、后將試樣置入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗3～5分鐘，待干后稱重記錄。實驗用q235鋼作為對比樣，對比件失重量與測量件失重量之比作為堆焊樣的相對耐磨性ε。

表1各實施例堆焊金屬硬度及耐磨性

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。