對輥破碎機耐磨焊條的研製

摘要研製了一種用於對棍玻碎機襯磨堆壞壞條，通（tōng）過（guò）反複調整壞條藥皮（pí）成分，找到（dào）了適合（hé）對棍破碎機機齒堆 壞的合全衣.通過堆（duī）壞（huài）層的全相顯徽分析及X射線物相分析表明:新研製的（de）對棍破碎機襯（chèn）磨堆壞壞條組織為馬氏體 +破（pò）化物+戲餘奧氏體，堆壞層的硬度在HRC64---65之問，襯磨（mó）試臉和工業試臉證明，對棍破碎機（jī）堆壞合全的襯磨（mó） 性能優良，是35CrMoTi鋼的8.6倍，比（bǐ）未堆壞的（de）破碎（suì）機使用壽命提高7.8倍。

隨著我國（guó）選煤行業的迅（xùn）速發展，高效對輥破（pò）碎機得到（dào）越來越廣泛的應用（yòng），而對輥破碎機（jī）的磨損量相當嚴重。我國目前大多數采用的對輥破碎機材料為35CrMoTi (或450)鑄鋼（gāng），而此類鋼的硬度、耐磨性（xìng）均（jun1）較差，無法承受（shòu）高應力強磨粒磨損。由（yóu）於對輥破（pò）碎機齒尖（jiān）的麵積狹小，采用碳化（huà）鎢（wū）管狀藥芯（xīn）焊絲、氧乙炔吹焊工藝在齒尖部位堆（duī）焊（hàn），施工難度大，很難推廣普及，而且還存在碳化鎢藥芯焊絲（sī）價格昂貴等問題。為解決上述問題，研製出了一種（zhǒng）適合對輥破碎（suì）機機齒堆焊的（de）新型焊條。由於采用低碳鋼為焊芯，外塗合金藥皮，其成本僅（jǐn）為碳化（huà）鎢藥芯焊絲的1/4，該（gāi）焊條在齒尖上堆焊方便自如，隻需一台小型交流焊機，便於現場（chǎng）施工。

1、焊條的堆焊工藝性能

本焊條采用（yòng）價廉（lián）易購的H08A低碳鋼為焊芯，藥皮是在欽鈣型藥皮的基礎上加以改進，保留了欽鈣（gài）型藥（yào）皮電弧燃燒穩定、脫渣容易、飛濺小、成形美觀、交直流（liú）兩用等特點。由於藥皮中的合（hé）金劑在電弧攪（jiǎo）拌作用（yòng）下迅（xùn）速（sù）向（xiàng）熔滴中過渡合（hé）金元素，當熔滴增大到與（yǔ）母材接觸時（shí），造成短路，在重力和表麵張力的作用下迅速過渡到工件（jiàn）上。這（zhè）種短（duǎn）路過（guò）渡形式具有使焊層化學成分均勻、硬度偏差小的優點。另外，本焊條為酸性熔渣，對母材表麵油（yóu）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、導電性好、多層（céng）堆焊也不易產生夾渣。

焊（hàn）條（tiáo）堆焊電流與欽鈣型（xíng）結構鋼焊條相當或稍大一些（xiē），4mm焊芯的耐（nài）磨焊條（tiáo）堆焊（hàn）電流在140-160 A之間，當堆焊電流偏低時，焊條熔化速率降低，碳及合金元素不能充分熔入堆焊層中，而（ér）是以熔渣的形式損失掉，合金（jīn）碳化物含量下降，造成（chéng）堆焊層硬度偏低，耐磨性下降;當堆（duī）焊（hàn）電流偏大時，熔池溫度隨（suí）之升高，碳（tàn）及合金元素燒損較多，合金碳化物含量減少，堆（duī）焊（hàn）層硬度和耐磨性下（xià）降。大電流還會使（shǐ）熔（róng）池溫度上升（shēng），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，碳及合金元素能充分保留在（zài）堆焊層中，形成一定量（liàng）的合金碳化物硬質相，堆焊層的硬度和耐磨性（xìng）得到提高。單層堆焊和多層堆焊硬度差不多，這（zhè）是因為，此種焊條沒（méi）有螢石之類增加熔深的礦石粉（fěn）(從焊道斷（duàn）麵觀察，熔深（shēn）很小).所以，單層堆焊受（shòu）母材稀釋的程度極小（xiǎo），這有利於減少對輥破碎機（jī）機齒的堆焊次數，提高工作效率.以（yǐ）下試驗均采（cǎi）用（yòng）6 4 mm焊芯的堆焊焊條，焊接電流為150 A，直流焊機單層（céng）堆焊。

2、堆焊合金的組織與性能試驗

2. 1堆焊層焊態組織

堆焊組織是決定堆焊層耐磨性的主要因素，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，使堆焊層碳化物含量（liàng）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（shì）

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

2.3堆焊層磨（mó）損試驗

該試驗中，上試樣（yàng）固定不動，下（xià）試祥(滾輪)旋轉，將磨料帶入磨損試驗表麵。上試樣（yàng）製（zhì）備:將對輥破碎機堆焊焊條堆焊在10 mm厚的45.鋼板上，堆焊層為一層，切（qiē）成（chéng）10 mmX 10 mmX 12 mm的方塊（kuài），共3塊編為1tt,.,3a。試樣表麵（miàn）磨光，粗糙（cāo）度為R,O. 8。標準試（shì）樣為35CrMoTi，編號為4U~ 6v。下試樣為GCr 15鋼（gāng），830-860℃淬火，150-180℃回火，硬度HRC 58^-61，表麵粗糙度R,O. 8。下試樣尺（chǐ）寸為44.1X9.8mm，轉速180rpm。磨料采用60---100目（mù）石英砂，硬度Hv 900---1 100,磨料流量18-20 g/min。試（shì）驗施加載荷19.6N，試驗時間2h。測（cè）定重量（liàng），三塊試樣平均磨（mó）損量0. 001 43 g，三塊標準試樣平均磨損量0. 011 32 g，相對耐磨性為:相對耐磨（mó）量。二標（biāo）準試樣磨損（sǔn）量/試樣磨損量=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度

堆焊（hàn）電流為150 A，堆焊層為（wéi）一（yī）層（céng），堆焊（hàn）合金的宏觀（guān）硬度平（píng）均值為HRC 65. 1，基體顯微硬度平均為（wéi）HY351，條狀碳化物（wù）的顯（xiǎn）微硬度平均值為HV 1 304,

2.5堆焊合金的能譜試驗

用化學方法並采用EDAX-PV9100型X射線能譜（pǔ）儀測定堆焊合金成分為:。.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（xiě）-0.4%Mn, Re微量，Fe餘量。

3、分析討論

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

3. 1合（hé）金元素的作用（yòng）

(1)碳能夠與大多數合金元素形成化合物（wù），增加堆焊層碳化物含量，提（tí）高耐磨性。碳也可以溶入基體（tǐ）形成（chéng）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（jiē）裂紋。本堆（duī）焊合金係碳含量限製在0.8%一1.0%這一範（fàn）圍.

(2)鉻是（shì）碳化物穩定元素，當原子比值N cr/c增（zēng）加時（shí），鋼中先後生成(Cr,Fe)5C, (Cr,Fe)7C和(Cr,Fe)29C6151。當Cr含量較高C含量低時，堆焊（hàn）層（céng）為高鉻鑄鐵，層內主要硬度相（xiàng）為(Cr, Fe)7 (C, B):及(Cr, Fe) z3(C, B)6，基體為萊（lái）氏體[6]，這兩種複合碳化物的硬（yìng）度為HV1100一2300，與萊氏體(HV 700-980)結合在一起具有很高的抗應力磨料磨損和耐熱、耐蝕性能，它的耐磨性取決於（yú）碳化物的數量和分布，含有大（dà）量一次碳化（huà）物的過共（gòng）晶組織，耐磨性較好。

(3)欽元素是破碎機耐磨堆焊焊條的主加元素之一它對堆焊層的質量及耐磨性起著一（yī）定作用。欽元素是（shì）一種強碳化物形成元（yuán）素，它與碳的親和力大於Fe, Cr元素，碳原子半徑與欽原子半徑之比等（děng）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,由於它形成的溫（wēn）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，同時（shí）這種高硬度、高穩定性的碳化物對耐磨性的提高也起到（dào）積極作用。

堆焊時，熔池溫度很高，因此會吸收大氣中的氮，與熔池中（zhōng）欽（qīn）元素形成TIN或（huò）Ti (N, C)，這（zhè）類化合物具有熔（róng）點高（gāo）、硬度高、彌散分布的特點，在堆焊層（céng）中（zhōng）起著硬 質點（diǎn）作用，提高堆焊層耐磨性。 欽元素除可與碳、氮形成高硬度、高穩定性的化合物（wù）外，還可以起到細化晶粒的作用。使共晶組（zǔ）織細化，提高堆焊層耐磨性，同時增加堆焊層（céng）韌性。鐵元素（sù）是一種強脫（tuō）氧劑，可以（yǐ）減少堆焊層中的缺陷.熔渣起脫氧、脫氮、造渣及（jí）保護熔池的作用。

(4)在堆焊層中加入微量稀土，不僅可（kě）以消除有（yǒu）害雜（zá）質、淨化（huà）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堆焊合金組織與耐磨性的關係

堆（duī）焊層組織是決定堆（duī）焊層耐磨性的主要因素，由於本文研製的對輥破碎機堆（duī）焊合金中含有較多的合金元素和適量的碳，形（xíng）成一定（dìng）量（liàng）均勻分布的碳（tàn）化物，大部（bù）分（fèn） 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).這些高硬度的碳化（huà）物能強烈地抵抗磨料的切削性能，提高破碎機的抗磨能力，又因為基體組織（zhī）為馬氏體+少量殘（cán）餘奧氏體（tǐ），大大提高了基體（tǐ）耐磨性。

4、工業試驗結果

通過工業現場試驗證明，使用新研製的堆焊焊（hàn）條，使對輥破碎機堆焊層的耐磨（mó）性能很好（hǎo）地滿足了工業（yè）要求，獲得了顯著的經濟效益。山東鮑店煤礦洗煤廠35CrMoTi對（duì）輥破碎機，未經堆（duī）焊使用250 h即報廢，對輥破碎機（jī）年耗費54萬元。采用新研製的堆焊焊條對其表（biǎo）麵進（jìn）行堆焊，對輥破碎機的年耗（hào）費為18.6萬元，一年可節約35.4萬元.

5結論

(1)新（xīn）研製的對輥（gǔn）破碎機堆焊焊條交、直流（liú）焊機均可使用，並（bìng）且在（zài）齒尖上堆焊不流淌，完全可滿足（zú）現場施工技術要求.I

(2)新研製的對輥破碎機堆焊（hàn）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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