技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
在過共晶fe-cr-c合金中存在大量的m7c3型初生碳化物，它們具有較高的硬度和優(yōu)良的耐磨性。目前，過共晶fe-cr-c合金已經(jīng)被增材制造領(lǐng)域的科研工作者廣泛關(guān)注。通過電弧堆焊的方式，將其熔覆于在零部件的表面，可以通過3d打印制備成具有耐磨表面各種形狀的零部件。
m7c3碳化物的耐磨性能決定了過共晶fe-cr-c合金的耐磨性能。然而，一般直接從液相中析出初生m7c3碳化物尺寸都比較大，而且，它們會破壞其與基體之間的連續(xù)性，在服役過程中這些大塊的初生m7c3碳化物很容易從零部件表面剝落，從而降低了堆焊后零部件的使用壽命。
隨著增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，對過共晶fe-cr-c合金的使用壽命要求越來越高，制備出抗剝落性更強(qiáng)、耐磨性更高的過共晶fe-cr-c合金，成為突破過共晶fe-cr-c合金在增材制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的瓶頸關(guān)鍵。
研究發(fā)現(xiàn)，采用細(xì)化初生m7c3碳化物能夠有效提高過共晶fe-cr-c堆焊合金的耐磨性能。在焊材中添加強(qiáng)碳化物析出元素(ti、nb等)，優(yōu)先析出tic和nbc，使其成為初生m7c3碳化物的異質(zhì)形核核心，細(xì)化初生m7c3碳化物，從而可以提高過共晶fe-cr-c堆焊合金的使用性能。但是，研究表明，含元素ti、nb的過共晶fe-cr-c堆焊合金仍然不能滿足增材制造領(lǐng)域?qū)Ω邏勖囊?，初生m7c3碳化物的細(xì)化程度還需有待進(jìn)一步提高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種使用方便、硬度高、耐磨性好、不易剝落、用于電弧堆焊增材制造的過共晶fe-cr-c-ti-nb-n藥芯焊絲。本發(fā)明主要是在過共晶fe-cr-c堆焊合金成分基礎(chǔ)上，同時添加合金元素鈦(ti)、鈮(nb)和氮(n)，在凝固過程中，析出的復(fù)合(ti,nb)(c,n)化合物可以成為m7c3型初生碳化物的非自發(fā)形核核心，提高堆焊合金的抗剝落性能，具有更高的耐磨性。
本發(fā)明的藥芯焊絲，其藥芯的化學(xué)成分包括高碳鉻鐵、低碳鉻鐵、氮化鉻鐵、高碳錳鐵、硅鐵、石墨、鈦鐵、鈮鐵、釩鐵、鉬粉、鎳粉、氟化鈉、鎂粉等，其外層包皮為低碳鋼帶。藥芯焊絲經(jīng)堆焊熔敷后，堆焊合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為(wt％)：c3.80～4.10％、si1.00～1.10％、mn1.95～2.15％、cr25.00～26.00％、ti1.40～1.60％、nb1.40～1.60％、n0.30～0.40％、余量為fe。
上述藥芯焊絲的制備方法：
1、對部分原料進(jìn)行鈍化處理：
a、將硅鐵粉末加熱，在700～750℃保溫1小時；
b、將高碳鉻鐵粉末加熱，在550～600℃保溫1小時；
c、將高碳錳鐵粉末加熱，在300～350℃保溫1小時；
2、混合：將上述藥芯的各種原料放入混料機(jī)混合24小時；
3、拉絲：將上述混合均勻后的原料填裝入帶鋼，藥芯粉末占焊絲材料的重量百分比為37～45％，其余為帶鋼，在藥芯焊絲生產(chǎn)線上進(jìn)行滾壓，經(jīng)拉絲機(jī)2～5次拉拔成外徑為φ4的藥芯焊絲；
4、干燥：在100～200℃對藥芯焊絲進(jìn)行干燥。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
1、采用本發(fā)明的藥芯焊絲，通過3d打印可以制備成具有耐磨表面各種形狀的零部件，其硬度與傳統(tǒng)的過共晶fe-cr-c堆焊合金相比較，由hrc60提高到hrc61～63，而在經(jīng)過14h的摩擦磨損試驗后，磨損失重由4.5g減少到4.0～3.0g；
2、在過共晶fe-cr-c堆焊合金成分基礎(chǔ)上，同時添加合金元素ti、nb和n。由于復(fù)合(ti,nb)(c,n)化合物與m7c3型初生碳化物之間的錯配度為6.15％(小于12％)，為中等有效。因此，在隨后的凝固過程中，細(xì)化的復(fù)合(ti,nb)(c,n)化合物還可以成為后析出m7c3型初生碳化物的非自發(fā)形核核心，從而進(jìn)一步細(xì)化m7c3型初生碳化物，獲得更細(xì)小的納米m7c3型初生碳化物，從而進(jìn)一步提高了堆焊合金的抗剝落性能，使堆焊合金具有更高的耐磨性；
3、本發(fā)明的過共晶fe-cr-c-ti-nb-n藥芯焊絲，可以廣泛的應(yīng)用在冶金、機(jī)械、礦山、煤炭、石油、建筑等領(lǐng)域，通過3d打印可以制備成具有耐磨表面各種形狀的零部件，其市場空間十分廣闊。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例1制備的過共晶fe-cr-c堆焊合金中m7c3型初生碳化物掃描電鏡圖，圖中(a)為沒有添加n元素、(b)為添加n元素。
具體實施方式
實施例1：
取藥芯焊絲熔敷后堆焊合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為(wt％)：c3.80kg、si1.00kg、mn1.95kg、cr25.00kg、ti1.40kg、nb1.40kg、n0.30kg、fe65.15kg、上述原料粒度均為60～80目。先對硅鐵、高碳鉻鐵和高碳錳鐵進(jìn)行鈍化處理，即將硅鐵粉末加熱，在700℃保溫1小時；將高碳鉻鐵粉末加熱，在550℃保溫1小時；將高碳錳鐵粉末加熱，在300℃保溫1小時。將上述藥芯的各種原料放入混料機(jī)進(jìn)行充分混合，采用藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備，將上述混合均勻后的原料填裝入帶鋼，藥粉填充率為37％，經(jīng)拉絲機(jī)2次拉拔成外徑為φ4的藥芯焊絲。其堆焊金屬的硬度為hrc61。
實施例2：
取藥芯焊絲熔敷后堆焊合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為(wt％)：c3.95kg、si1.05kg、mn2.05kg、cr25.50kg、ti1.50kg、nb1.50kg、n0.35kg、fe64.10kg。上述原料粒度為60～80目。先對硅鐵、高碳鉻鐵和高碳錳鐵進(jìn)行鈍化處理，即將硅鐵粉末加熱，在730℃保溫1小時；將高碳鉻鐵粉末加熱，在570℃保溫1小時；將高碳錳鐵粉末加熱，在320℃保溫1小時。將上述藥芯的各種原料放入混料機(jī)進(jìn)行充分混合，采用藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備，將上述混合均勻后的原料填裝入帶鋼，藥粉填充率為40％，經(jīng)拉絲機(jī)4次拉拔成外徑為φ4的藥芯焊絲。其堆焊金屬的硬度為hrc62。
實施例3：
取藥芯焊絲熔敷后堆焊合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為(wt％)：c4.10kg、si1.10kg、mn2.15kg、cr26.00kg、ti1.60kg、nb1.60kg、n0.40kg、fe63.05kg。上述原料粒度為60～80目。先對硅鐵、高碳鉻鐵和高碳錳鐵進(jìn)行鈍化處理，即將硅鐵粉末加熱，在750℃保溫1小時；將高碳鉻鐵粉末加熱，在600℃保溫1小時；將高碳錳鐵粉末加熱，在350℃保溫1小時。將上述藥芯的各種原料放入混料機(jī)進(jìn)行充分混合，采用藥芯焊絲生產(chǎn)設(shè)備，將上述混合均勻后的原料填裝入帶鋼，藥粉填充率為45％，經(jīng)拉絲機(jī)5次拉拔成外徑為φ4的藥芯焊絲。其堆焊金屬的硬度為hrc63。