對輥破碎（suì）機耐磨焊條的研製

摘要研製了一種用於對棍玻碎機襯磨堆壞壞條（tiáo），通過反複調整壞條藥皮成分，找到了（le）適合對棍破（pò）碎機機齒堆（duī） 壞（huài）的合全衣（yī）.通過堆壞層的全（quán）相顯徽分析及X射線物相分析表明（míng）:新（xīn）研製的對棍破碎機襯磨堆（duī）壞壞條組織為馬氏體 +破化物+戲餘奧（ào）氏體，堆壞層的硬度在HRC64---65之問，襯磨試臉和工業試臉證明，對棍（gùn）破碎機堆壞合全的襯磨 性能優（yōu）良，是（shì）35CrMoTi鋼（gāng）的8.6倍，比未堆壞的破碎機使用壽命提高（gāo）7.8倍。

隨著我（wǒ）國（guó）選煤行業的迅速發展，高效（xiào）對輥破碎機得到越來越廣泛的應用，而對輥破碎機的磨（mó）損量相當嚴重。我國目前大多數采用（yòng）的對輥破碎機材料為35CrMoTi (或450)鑄鋼，而此類（lèi）鋼的硬度、耐磨性均較差，無法承（chéng）受高應力強磨粒磨損（sǔn）。由於對輥破碎機齒尖（jiān）的麵積狹（xiá）小，采用碳化鎢管狀藥芯焊絲、氧乙炔吹焊工藝在齒尖（jiān）部位堆焊，施工難度大，很難推廣普及，而且還存在碳化鎢藥芯焊絲價格昂貴等（děng）問（wèn）題。為解決上述問題，研製出了（le）一種適合對輥破碎機機齒堆焊的新型焊條。由於采用低碳（tàn）鋼為焊芯，外塗合金藥皮，其成（chéng）本僅為碳化鎢藥芯焊絲的1/4，該焊條在（zài）齒（chǐ）尖（jiān）上堆焊方便自如，隻需一台小型交流焊機（jī），便（biàn）於現場施工。

1、焊條的堆焊工藝性能

本焊條采用價廉易（yì）購的H08A低碳鋼為焊芯，藥皮是在欽鈣型（xíng）藥皮的基礎上加以改進，保（bǎo）留了（le）欽鈣型藥皮電弧燃燒穩定（dìng）、脫渣容易、飛濺小、成形美觀、交直流兩用（yòng）等特（tè）點。由於藥皮中的合金劑在電弧攪拌作用下迅速向熔滴中過渡（dù）合金（jīn）元素，當熔滴增大（dà）到與母材接觸時，造成短路，在重力和表（biǎo）麵（miàn）張力的作用下迅速過渡到工件上。這種短（duǎn）路過渡形式具有使（shǐ）焊層化學成分均勻、硬度偏差（chà）小的優點。另外，本焊條為酸性（xìng）熔渣，對母材表麵油鏽不敏感，對修複舊軋輥除鏽要求不嚴格（gé），熔渣比重小、熔點低、導電性（xìng）好、多層堆焊也不易產生夾渣。

焊條堆焊電流（liú）與欽（qīn）鈣型結構鋼（gāng）焊條相當或稍大一些，4mm焊芯的耐磨焊條堆焊電流在140-160 A之（zhī）間，當堆焊電（diàn）流偏低時，焊（hàn）條熔化速率降低，碳及合金元素（sù）不能充分（fèn）熔入堆（duī）焊層中，而是以熔渣的形式損失（shī）掉，合金碳化（huà）物含量下降，造成堆焊層硬度偏低，耐磨性下降;當堆焊電流（liú）偏大時，熔池溫度隨之升高，碳及合金元（yuán）素燒（shāo）損較（jiào）多，合金碳（tàn）化物含量減少（shǎo），堆焊層（céng）硬度和耐磨性下（xià）降。大電流還會使熔池（chí）溫度上升，易促進粗晶的形成，這也是應該避免的.選擇堆焊電流150 A時，碳及（jí）合金元素能（néng）充分保留在堆焊層中，形成一定量的合金碳化（huà）物硬質相，堆焊層的硬度和耐磨性得到提高。單層堆（duī）焊和多層（céng）堆焊硬度差不多，這是因為（wéi），此種焊條沒有螢（yíng）石之類增（zēng）加熔深的礦石粉(從焊道斷麵觀察，熔深很小).所以，單層堆焊受母材稀釋的程度極小，這有（yǒu）利（lì）於減少對輥破碎機（jī）機齒的堆焊次數，提高工作效率.以（yǐ）下試驗均采用6 4 mm焊芯的（de）堆焊焊條，焊接電流為150 A，直流焊機單層堆焊。

2、堆焊合金的組織與性（xìng）能試驗

2. 1堆（duī）焊層焊態組織

堆焊組織是決定堆焊層耐（nài）磨（mó）性（xìng）的主要因素，本文研究的堆焊合金由於含有較多的合金元素和適量的碳，使堆（duī）焊層碳化物含量較多.見圖1。其基體組織為馬氏體 +少量殘餘奧氏體。

2.2 X射線衍射儀測試

對試樣進行x射線物相分析，其結果證明（míng）堆焊合金的（de）組織主要由馬氏體和（hé）(Cr, Fe)23C‘組成。

2.3堆焊層磨損（sǔn）試驗

該試驗中，上試樣固定不動，下試（shì）祥(滾輪)旋轉，將磨（mó）料帶入（rù）磨損試驗表麵。上試樣製備（bèi）:將對輥破碎（suì）機堆焊（hàn）焊條堆（duī）焊在10 mm厚的45.鋼板上，堆焊層為一層，切（qiē）成10 mmX 10 mmX 12 mm的方塊，共3塊編為1tt,.,3a。試樣表麵磨光，粗糙（cāo）度為（wéi）R,O. 8。標準試樣為（wéi）35CrMoTi，編（biān）號為4U~ 6v。下試樣為GCr 15鋼，830-860℃淬火（huǒ），150-180℃回火，硬度HRC 58^-61，表（biǎo）麵粗糙度R,O. 8。下試樣尺寸為44.1X9.8mm，轉速180rpm。磨料采用60---100目石英砂，硬度（dù）Hv 900---1 100,磨料流量18-20 g/min。試驗施（shī）加載（zǎi）荷（hé）19.6N，試驗時間2h。測定重量，三塊試樣平均（jun1）磨損量0. 001 43 g，三塊標（biāo）準試樣平均磨損量（liàng）0. 011 32 g，相對耐磨性為:相對耐磨量。二標準（zhǔn）試樣磨損量/試樣磨（mó）損（sǔn）量=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度

堆（duī）焊電流（liú）為150 A，堆焊層為（wéi）一層，堆焊合（hé）金的宏觀硬度平（píng）均值為HRC 65. 1，基體（tǐ）顯微（wēi）硬度平均為HY351，條狀（zhuàng）碳化物的顯（xiǎn）微硬度平均值為HV 1 304,

2.5堆焊合金的能譜（pǔ）試驗

用化學方法（fǎ）並采用EDAX-PV9100型X射（shè）線能譜儀測定堆焊合金成（chéng）分為:。.8%一1.0%C,0.6%一0.8%B，22%~25%Cr，1.0%一1. 2%Ti，0.6%~0. 8%W，0.2% ---0.4%Si, 0.2%寫-0.4%Mn, Re微（wēi）量，Fe餘量。

3、分析討論

從化學分析和（hé）能（néng）譜試驗可知，新研製的對輥破碎機堆焊合金係高碳高鉻合金（jīn），合金元素總量大於25%.由文獻〔2〕知，該合金係具有強的抗磨粒磨損能力.

3. 1合金元素的作用（yòng）

(1)碳能夠與大多數（shù）合金元（yuán）素形成化合物，增加堆焊層碳化物含量（liàng），提高（gāo）耐磨性。碳也可以溶入基體形成固溶體，提高基體硬度。但過多的碳又會降低堆焊層的韌性，產生焊接裂紋。本（běn）堆焊（hàn）合金係碳含量限（xiàn）製在0.8%一1.0%這一範圍.

(2)鉻是碳（tàn）化物穩定元素，當原子比值N cr/c增加時，鋼中先（xiān）後生成(Cr,Fe)5C, (Cr,Fe)7C和(Cr,Fe)29C6151。當Cr含量（liàng）較高C含量低時（shí），堆焊（hàn）層為（wéi）高鉻鑄鐵，層內主要硬度相為(Cr, Fe)7 (C, B):及(Cr, Fe) z3(C, B)6，基體為萊氏體（tǐ）[6]，這兩種複（fù）合（hé）碳化物的硬度為（wéi）HV1100一2300，與萊氏體(HV 700-980)結合在一起具有很高的抗應力磨（mó）料磨損和耐熱、耐蝕性能，它的耐磨性取決於碳化物的數量（liàng）和分布，含有大量一次碳化物的過共晶組織，耐磨性較（jiào）好。

(3)欽元素是破碎機耐（nài）磨堆焊焊（hàn）條的主加元素之一它對堆焊層的質量及耐磨性起著一定作用（yòng）。欽（qīn）元素是一種強碳化物形（xíng）成元素，它與碳的親和力大於Fe, Cr元素，碳原子半徑與欽原（yuán）子半徑之比等於0.53(小於0.59).形成的間隙型碳化物TIC，熔點為3 200 'C，顯微硬度HV 3 200,由於它形成（chéng）的溫度高，晶粒細小，彌散分布，對阻止堆焊層中柱晶和枝狀組織起到一定作用（yòng），同時這種高硬度、高穩定性的碳化（huà）物對耐磨性的提高也起到積極（jí）作用（yòng）。

堆焊時，熔池溫度很高，因此會吸收大氣中的氮，與熔（róng）池中欽元素形成TIN或Ti (N, C)，這類化合物具（jù）有熔點高、硬度高（gāo）、彌（mí）散分布的特點，在堆焊層中起著硬 質點作用，提高堆焊層耐磨性。 欽元素除可與（yǔ）碳、氮形成高硬度、高穩定性（xìng）的化合物外，還可以起到細化（huà）晶粒的作用。使共晶組（zǔ）織（zhī）細化，提高堆焊層耐磨性，同時增加堆焊層韌（rèn）性。鐵元素是一種強脫氧劑，可以減少堆焊層中的缺陷.熔渣起脫氧、脫氮、造渣及保護熔池的作用（yòng）。

(4)在堆焊層中加入微量稀土，不僅可以消除有害雜質、淨化堆焊層，而且可使堆焊合金表麵的氧化膜致密，從而提高堆焊合金的耐磨性。

3. 2堆焊合金組織（zhī）與耐（nài）磨性的關係

堆焊層組織是決定（dìng）堆焊（hàn）層耐磨性（xìng）的主要因（yīn）素，由於本文研製的對（duì）輥破碎機堆焊合金中含有較多的合金元素和適量的碳，形（xíng）成一（yī）定量均勻分布的碳化物，大（dà）部分 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).這些高硬度的（de）碳化物（wù）能強烈地抵（dǐ）抗磨料的切削性能，提高破碎機的抗磨能力，又因（yīn）為基體組織為馬氏體+少量殘餘奧氏體，大大提高了基（jī）體耐磨性。

4、工業試驗結（jié）果

通過工業（yè）現（xiàn）場試驗證明（míng），使用新（xīn）研製的堆焊焊條，使對輥破碎（suì）機堆焊層的耐磨性能很好地（dì）滿足了工業要求，獲得了顯著的經濟（jì）效益。山（shān）東鮑店煤礦洗煤廠（chǎng）35CrMoTi對輥破碎機，未經堆焊使用250 h即報廢，對（duì）輥（gǔn）破碎機年耗費54萬元。采用新（xīn）研（yán）製的堆焊（hàn）焊條對其表麵進（jìn）行堆焊，對（duì）輥破碎（suì）機的年耗費為18.6萬元，一年可節約35.4萬元.

5結（jié）論

(1)新研製的對輥破碎機堆焊（hàn）焊條交（jiāo）、直流焊機均可使用，並且在齒尖（jiān）上堆焊不流（liú）淌，完全可滿足（zú）現場施工技術要求.I

(2)新研（yán）製的對輥破碎機堆焊組織為馬氏體十碳化物+殘餘奧氏體。

(3)新研製（zhì）的堆焊焊條其硬度高達HRC65,耐磨性是35CrMoTi的8.6倍。

(4)對輥破碎機堆焊層中（zhōng）的主要碳化物為M7C3型。

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