對輥破碎機耐磨（mó）焊條的研製

摘要研製了一種用於對棍玻碎機襯（chèn）磨堆壞壞（huài）條，通過反複調整壞條（tiáo）藥（yào）皮成分，找到了適合對棍破碎（suì）機機齒堆 壞的（de）合全（quán）衣.通過堆壞層的全相顯徽分析（xī）及X射線物相分析表明:新研製的對棍破碎機襯（chèn）磨堆壞壞（huài）條組織為馬氏體 +破（pò）化物+戲餘奧氏體，堆壞層（céng）的硬度在HRC64---65之問，襯磨試臉和工業試臉證明（míng），對（duì）棍破碎機堆壞合全的襯磨 性能（néng）優良，是35CrMoTi鋼（gāng）的8.6倍，比（bǐ）未堆壞的破碎機使用壽命提高7.8倍。

隨著我國選煤行（háng）業的迅速發展，高效對輥破（pò）碎機得到越來越廣泛的應用（yòng），而（ér）對輥破碎機的磨損量相當嚴重。我國（guó）目前大多數采用的對輥破碎機材料（liào）為35CrMoTi (或450)鑄鋼，而此（cǐ）類鋼的硬度、耐磨性均較差，無法承受高應力強磨粒（lì）磨損。由於對輥破碎機齒尖的麵積狹小，采用碳化鎢管狀藥芯焊絲、氧乙炔吹焊工藝在齒尖部（bù）位堆焊，施工難度大，很難推廣普及，而且（qiě）還存（cún）在碳（tàn）化（huà）鎢藥芯焊絲價格昂貴等問題。為解決上述問題（tí），研製（zhì）出了一種適合對輥破碎機機齒堆焊的新型焊條。由於采（cǎi）用低碳鋼為焊芯，外塗合金藥皮（pí），其成本僅為碳化鎢（wū）藥芯焊絲的1/4，該焊條在齒尖上堆焊方便自如，隻需（xū）一台（tái）小（xiǎo）型交流焊機，便於現場施工。

1、焊條的（de）堆焊工藝性能

本焊條采用價廉易購的H08A低碳鋼為焊芯，藥皮（pí）是在欽鈣型藥皮的基礎上加以改進，保留了欽鈣型（xíng）藥皮電弧燃燒穩定、脫渣（zhā）容易、飛濺小、成形美觀、交直流兩用等特點。由於藥皮中的合金劑在電弧攪拌作用下迅速向熔滴中（zhōng）過渡合（hé）金元（yuán）素（sù），當（dāng）熔滴增大（dà）到與母材接（jiē）觸時，造成短路，在重力和表麵張力的作用下迅速過渡到（dào）工件上。這種短路過渡形式具有使焊（hàn）層化學成分均（jun1）勻、硬度偏差小的優點。另外，本焊條為酸性熔渣，對母材（cái）表麵油鏽不（bú）敏感（gǎn），對修複舊軋輥（gǔn）除鏽要求不嚴格，熔渣比重小、熔點低、導電性好、多（duō）層堆焊也（yě）不易產生夾渣（zhā）。

焊條堆焊電流與欽鈣型結構鋼焊條（tiáo）相當或（huò）稍大一些，4mm焊芯的耐磨焊條堆焊電流在140-160 A之（zhī）間，當堆焊電流偏低時，焊條熔化速率（lǜ）降低，碳（tàn）及合金元素不能充分熔入堆（duī）焊層中，而是以（yǐ）熔渣的形式損失掉，合（hé）金（jīn）碳化（huà）物含量下降，造（zào）成堆焊層（céng）硬（yìng）度偏低，耐磨性下（xià）降;當堆焊電流偏大（dà）時，熔池（chí）溫度隨（suí）之升高，碳及合（hé）金元素燒損較多（duō），合金碳化物含量減少，堆焊層硬度和耐磨（mó）性下降。大電流還會使熔池溫度上升，易促進粗晶的形成，這也是應該避免的.選擇堆焊電流（liú）150 A時，碳及（jí）合金元素能充（chōng）分保留在堆焊層中，形成一定量的合（hé）金碳化物硬質相，堆焊層的硬度和耐磨性得到（dào）提高。單層堆焊和多層堆焊硬度差不（bú）多，這是因為，此種焊條沒有螢（yíng）石之（zhī）類（lèi）增加熔深的礦石粉(從焊道斷麵（miàn）觀察，熔深很小（xiǎo）).所以，單層堆焊（hàn）受母材稀釋的程度極小，這有利於減少對（duì）輥破碎機機齒的堆焊次數，提高（gāo）工作效率.以下試驗均采用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（hàn）合金的組織與性能（néng）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（de）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較多.見圖1。其基體組織（zhī）為馬氏（shì）體 +少量殘餘奧氏體。

2.2 X射線衍射儀（yí）測試

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（shì）體和(Cr, Fe)23C‘組成。

2.3堆焊層磨（mó）損試驗

該試驗中，上試樣固定不動，下試祥(滾輪)旋轉，將磨料帶入磨損試驗（yàn）表（biǎo）麵。上試樣製備:將對輥（gǔn）破碎機（jī）堆（duī）焊（hàn）焊條堆焊在10 mm厚的45.鋼板上，堆焊層為一層，切成（chéng）10 mmX 10 mmX 12 mm的方塊，共3塊編（biān）為1tt,.,3a。試樣表麵磨光，粗糙度為R,O. 8。標準試樣為35CrMoTi，編號為4U~ 6v。下試樣為GCr 15鋼，830-860℃淬火（huǒ），150-180℃回火，硬度HRC 58^-61，表麵粗糙度R,O. 8。下試（shì）樣尺寸為44.1X9.8mm，轉速180rpm。磨料采用60---100目石英砂，硬度Hv 900---1 100,磨料（liào）流（liú）量（liàng）18-20 g/min。試（shì）驗施加載荷19.6N，試驗時間2h。測定重量，三塊試樣平均磨損量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（xiàng）對耐磨量。二標準試（shì）樣磨損（sǔn）量/試樣磨損量=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度

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

2.5堆焊合金的能譜（pǔ）試（shì）驗

用化學方法並采用EDAX-PV9100型X射線（xiàn）能譜儀測定堆焊（hàn）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（tǎo）論

從（cóng）化學分析和能譜試驗可知，新研製的對輥破（pò）碎機堆焊合金係高碳（tàn）高鉻合金，合（hé）金元（yuán）素總量大於（yú）25%.由（yóu）文獻〔2〕知，該合金係具有（yǒu）強的抗磨粒磨損能力.

3. 1合金元素的作用

(1)碳能夠（gòu）與大多數合（hé）金元素形成化合物，增加堆焊層（céng）碳化物含量，提高耐磨性。碳也可以溶入基體形成固（gù）溶體，提高基體硬度。但過多的碳又（yòu）會降低堆焊層的韌性，產生焊（hàn）接裂紋。本堆焊合金（jīn）係碳含量（liàng）限製在0.8%一（yī）1.0%這一範圍.

(2)鉻是碳化物穩定元素（sù），當原子比值N cr/c增加時，鋼中（zhōng）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[6]，這兩種複合碳（tàn）化物的硬度為HV1100一2300，與萊氏體(HV 700-980)結合在（zài）一起具有很（hěn）高的抗應（yīng）力磨料磨損和耐熱、耐蝕性能，它的耐磨性取決（jué）於碳化物的數量和分布，含有大量一次碳（tàn）化物的過共晶組織，耐（nài）磨性較好。

(3)欽元素是破碎機耐磨（mó）堆焊焊條的主加元素（sù）之一它對堆（duī）焊層的質量及耐磨性起著一定作用。欽元素是一種強碳化物形成元素，它與碳的親（qīn）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（diǎn）為3 200 'C，顯微硬度HV 3 200,由於它形成的溫度高，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（dìng）作用，同時這種高硬度、高穩定性的碳化物對耐磨性的提高也起到積極（jí）作用。

堆（duī）焊時，熔池溫度很高（gāo），因此會（huì）吸收大氣（qì）中的氮，與熔池中欽元（yuán）素（sù）形成TIN或Ti (N, C)，這類化合物具有熔點高（gāo）、硬度高、彌散分布的特點，在堆焊層中起著硬 質點作用，提高堆焊（hàn）層耐磨性。 欽元（yuán）素除可與碳、氮形成高硬（yìng）度、高（gāo）穩定性的化合物外，還可以起到細化晶粒（lì）的作用。使共晶組織細化，提高堆焊層耐磨性，同（tóng）時增加堆焊層韌性。鐵元素是一種強脫氧劑，可以減少堆（duī）焊層中的缺陷.熔渣起脫氧、脫氮、造渣及保護熔池的作用。

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

3. 2堆焊合金組織與耐磨性的關係

堆焊層組織是決（jué）定（dìng）堆焊層耐磨性的主要因素，由（yóu）於本文研製的（de）對輥破碎機堆焊合（hé）金中含有較多的（de）合（hé）金元素和適量的碳，形成一定量均勻分布（bù）的（de）碳化物，大部（bù）分 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).這些高硬度的碳化物（wù）能強烈地（dì）抵抗磨料的切削性能，提高破（pò）碎機的抗磨能力，又因為基（jī）體組織（zhī）為馬氏體+少量殘餘奧氏體，大大提高了基體耐磨性。

4、工業試驗結果

通過工業現場試驗證明（míng），使（shǐ）用新研製的堆焊焊條，使對輥破碎機堆焊（hàn）層的耐磨性能很好地滿（mǎn）足了工業要求，獲得了顯（xiǎn）著的經濟效益。山東鮑店（diàn）煤礦（kuàng）洗煤廠（chǎng）35CrMoTi對輥破碎（suì）機（jī），未經堆（duī）焊使用250 h即報廢，對輥破碎機年耗費54萬元。采（cǎi）用新（xīn）研（yán）製的堆焊焊條對其表麵進行堆焊，對輥破碎機的年耗費為18.6萬元，一（yī）年可節約35.4萬元.

5結論

(1)新研製的對輥破碎機（jī）堆（duī）焊焊條交、直流（liú）焊機均可使用，並（bìng）且在齒尖上堆焊不流（liú）淌，完全可滿足現場施工技術要求.I

(2)新研製的對輥破碎機（jī）堆焊（hàn）組（zǔ）織為馬氏體十碳化物+殘餘奧氏體。

(3)新（xīn）研製的堆焊（hàn）焊（hàn）條其硬度高達HRC65,耐磨（mó）性（xìng）是35CrMoTi的8.6倍。

(4)對輥（gǔn）破碎機堆焊層中的主要碳化物為M7C3型。

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