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（jī）襯磨（mó）堆壞壞條，通過反複（fù）調整壞條藥（yào）皮（pí）成分，找到了適合對（duì）棍破碎機機齒堆 壞的合（hé）全衣.通過堆壞（huài）層的全相顯徽分析及X射線物相分析表明:新研製的對棍破碎機襯磨堆壞壞條組織為馬（mǎ）氏體 +破化物+戲餘奧氏體，堆壞層的硬度在HRC64---65之問，襯磨試臉（liǎn）和工業試臉證明，對棍破碎機堆壞合全的襯磨 性能優良，是35CrMoTi鋼的（de）8.6倍，比未堆（duī）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，高效對輥破碎機得到越來越廣泛的應用，而對輥破碎機的（de）磨損量相當嚴重。我國目前大多數采用的對輥破碎（suì）機材料為35CrMoTi (或450)鑄鋼，而此類（lèi）鋼的硬度、耐磨性（xìng）均較差，無法承受高應力強（qiáng）磨（mó）粒（lì）磨損。由於對輥破碎機齒尖的（de）麵積狹小，采用（yòng）碳化鎢管狀藥（yào）芯（xīn）焊絲、氧乙炔吹焊工藝在齒尖部位堆（duī）焊，施工難度大，很（hěn）難推廣普及，而且還存在碳化鎢藥芯焊絲價格昂貴等問題。為解決上述問題（tí），研製出了一種適合對（duì）輥破碎機機齒堆焊的新（xīn）型焊條。由於（yú）采用低碳鋼為焊芯，外塗合金藥皮（pí），其成本僅為碳化鎢藥（yào）芯焊絲的1/4，該焊條在齒尖上堆焊方便自如（rú），隻需一台小型交流焊機，便於現場施工。

1、焊條的堆焊工藝（yì）性能

本焊條采用價廉易（yì）購（gòu）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（liú）了欽鈣型藥皮電（diàn）弧燃燒穩定、脫渣容易、飛濺（jiàn）小、成形美觀、交直流（liú）兩用等（děng）特點。由於藥皮中的合金劑在電弧攪拌作（zuò）用（yòng）下迅速向熔滴中過渡合金元素，當熔滴增大（dà）到與母材接觸時（shí），造成短路，在重力和表麵張力的作用下迅速過渡到工件上。這種短路過渡形式具有使焊層化學成分均（jun1）勻、硬度偏差小的優點（diǎn）。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（bú）嚴格（gé），熔渣比重小、熔點低、導電性好、多層堆焊也不（bú）易產生夾渣。

焊條堆焊電流與欽鈣（gài）型結構鋼焊條相當或稍大一些，4mm焊（hàn）芯的耐磨焊條堆焊電流（liú）在140-160 A之間，當堆焊電流偏低時（shí），焊條熔化速率（lǜ）降低，碳及合金元（yuán）素不能充分熔入堆焊層中，而（ér）是以熔渣的形式損（sǔn）失掉，合金碳（tàn）化物含量下（xià）降，造成堆焊層硬度偏低，耐磨性下降;當堆焊電流偏大時，熔池溫度隨之升高，碳及合金元素燒（shāo）損較多，合金碳（tàn）化物含量減少，堆焊（hàn）層硬度和耐磨性下（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，碳及合金元素能充分保留在堆焊（hàn）層中，形成一定量的合金碳化物硬（yìng）質相，堆焊層的硬度和耐（nài）磨性得到提（tí）高。單層堆焊和多層堆（duī）焊（hàn）硬度（dù）差不多，這是因為，此種焊條沒有螢石之類增加熔深的礦石粉(從焊道斷麵觀察（chá），熔（róng）深很小).所以，單（dān）層堆焊受母材稀釋的程度極小（xiǎo），這有利於減（jiǎn）少對輥破碎機機齒的堆焊次數，提高工作效（xiào）率.以（yǐ）下試驗均采用6 4 mm焊芯的堆焊焊條，焊接電流（liú）為150 A，直流（liú）焊機單層堆焊。

2、堆焊合金的組織與性能試驗

2. 1堆焊層焊（hàn）態組織

堆焊組織是決定堆焊層耐磨性的主要（yào）因素，本文研究（jiū）的堆焊合金由於含有較多的合金元素和適量（liàng）的碳，使堆（duī）焊（hàn）層碳化物含（hán）量較多.見圖1。其基（jī）體組織（zhī）為馬（mǎ）氏體 +少量殘餘奧（ào）氏體。

2.2 X射線衍射儀測試

對（duì）試樣進行x射線物相分析（xī），其結果（guǒ）證明堆焊合（hé）金的組織（zhī）主要由馬（mǎ）氏體和（hé）(Cr, Fe)23C‘組成。

2.3堆焊層磨損試驗

該試驗中，上試樣固定不動，下試祥（xiáng）(滾輪)旋轉，將磨料帶入磨損試驗表麵。上試樣製備（bèi）:將（jiāng）對輥破碎（suì）機堆焊（hàn）焊條堆焊在10 mm厚（hòu）的45.鋼板上，堆焊層（céng）為（wéi）一層，切成10 mmX 10 mmX 12 mm的方（fāng）塊，共3塊編為1tt,.,3a。試（shì）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，150-180℃回火（huǒ），硬度HRC 58^-61，表麵粗糙度R,O. 8。下試樣尺寸為44.1X9.8mm，轉速180rpm。磨料采用60---100目石英（yīng）砂，硬度Hv 900---1 100,磨料流量18-20 g/min。試驗施加載荷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（liàng）0. 011 32 g，相對耐磨性為:相對耐磨量。二標準試樣磨損（sǔn）量/試樣磨損量=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度

堆（duī）焊電流為150 A，堆焊層為一層，堆焊合金的宏觀硬度平均值為（wéi）HRC 65. 1，基體顯（xiǎn）微硬度（dù）平均為HY351，條狀碳化物的顯微硬（yìng）度平（píng）均值為HV 1 304,

2.5堆焊合（hé）金的能譜試驗

用化學方法並采用EDAX-PV9100型X射線能（néng）譜儀測（cè）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-0.4%Mn, Re微量，Fe餘量（liàng）。

3、分析討論

從化學（xué）分析和能譜試驗可知，新研製（zhì）的對輥破碎機堆焊合金係高碳高鉻（gè）合（hé）金，合（hé）金元素總量大於（yú）25%.由文獻〔2〕知，該合金係具有強的抗磨粒磨損能力.

3. 1合（hé）金元素（sù）的作（zuò）用（yòng）

(1)碳能夠（gòu）與大多數合金元素形成化合物，增加堆焊（hàn）層碳化物（wù）含量（liàng），提高耐磨性。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（de）韌性，產生焊接（jiē）裂紋。本堆焊合金係碳含量限製在0.8%一1.0%這一範圍.

(2)鉻是碳化（huà）物穩定元素，當原子比值（zhí）N cr/c增加時，鋼中先後生成(Cr,Fe)5C, (Cr,Fe)7C和(Cr,Fe)29C6151。當Cr含量（liàng）較高C含量低時，堆焊（hàn）層為高鉻鑄鐵，層內主要硬度（dù）相為(Cr, Fe)7 (C, B):及(Cr, Fe) z3(C, B)6，基體為萊氏（shì）體[6]，這兩種複（fù）合碳化物的硬度為HV1100一2300，與萊氏體(HV 700-980)結合在一起具有很（hěn）高的抗應力磨料（liào）磨損和耐熱、耐蝕（shí）性能，它的耐磨性（xìng）取決於碳化物的數量和分布，含有大量（liàng）一（yī）次碳化物的過共晶組織，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，它與碳的親和力大於Fe, Cr元素，碳原子半徑與欽原子半徑之比等於0.53(小於0.59).形成的間隙型（xíng）碳化物TIC，熔點為3 200 'C，顯微（wēi）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（jīng）和枝狀組織（zhī）起到一（yī）定作用（yòng），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（jī）極作用。

堆焊時，熔池溫度（dù）很高，因此會吸收大（dà）氣中的氮，與熔池中欽元素形成TIN或Ti (N, C)，這類化合物具有熔點高、硬度高、彌散分（fèn）布的特點，在堆焊層中起著硬 質（zhì）點（diǎn）作用，提高堆焊層耐磨性。 欽元素（sù）除可（kě）與碳、氮形成（chéng）高硬度、高穩定（dìng）性的化合物外，還可以起到細化晶粒的作用。使共晶組織細化，提高堆焊層耐磨性，同時（shí）增加堆焊層韌性。鐵元素是一種強脫氧劑，可以減少堆焊層（céng）中的缺陷.熔渣起脫氧、脫氮、造渣及保護熔池（chí）的作用。

(4)在（zài）堆焊層（céng）中加入（rù）微量稀土，不僅可以消除（chú）有害雜質、淨化（huà）堆（duī）焊層，而且可使堆焊合金表麵的氧（yǎng）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（mó）性的關（guān）係

堆焊層組織是決定堆（duī）焊層耐磨性的主（zhǔ）要因素，由於（yú）本文研製的（de）對輥破（pò）碎機堆（duī）焊合金中（zhōng）含有較多（duō）的合金元素和適量（liàng）的（de）碳，形（xíng）成一定（dìng）量均勻分（fèn）布的碳化物（wù），大部分 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).這些高硬度的（de）碳化物（wù）能強烈地抵抗磨料的（de）切（qiē）削性能，提高破碎機的抗磨能（néng）力，又因為基體組織為馬氏體+少量殘（cán）餘奧氏體，大大提高（gāo）了基體耐磨性。

4、工業試驗結（jié）果

通過工業現場（chǎng）試驗證明，使用新研製的（de）堆焊焊條，使對（duì）輥破碎機（jī）堆焊層（céng）的耐（nài）磨性能很好地滿足了工業要求，獲（huò）得了顯著的經濟效益。山（shān）東鮑店煤礦洗煤廠35CrMoTi對輥破碎機，未經堆焊使用250 h即報（bào）廢，對輥破碎機年耗（hào）費54萬元（yuán）。采（cǎi）用新研製的堆焊焊條對其（qí）表麵進行堆焊，對輥破碎機的年耗費為18.6萬元，一年可節（jiē）約（yuē）35.4萬元.

5結論

(1)新研製的對輥破碎機堆焊（hàn）焊條交、直（zhí）流焊機均可使（shǐ）用，並且在齒尖上堆焊不流淌，完全可滿（mǎn）足現場施工技術要求.I

(2)新研製（zhì）的（de）對輥破碎機堆焊組織為馬氏體十碳化物（wù）+殘餘奧氏體。

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

(4)對輥破碎機（jī）堆焊層中的主要碳（tàn）化物為M7C3型。

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