專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于堆焊在機(jī)械配件或工具表面的自潤(rùn)滑耐磨合金材料。
背景技術(shù)：
：目前的耐磨堆焊合金種類(lèi)很多，有些耐磨性很好，但缺乏自潤(rùn)滑性。所以當(dāng)這些合金堆焊在機(jī)械配件或工具表面上后，雖然減少了工具或配件的磨損，但同時(shí)卻增大了與之接觸或摩擦的其它機(jī)械配件的磨損。目前耐磨性好的合金大部分含有貴金屬如Cr、Ni等較多，因此成本較高。例如中國(guó)專(zhuān)利耐磨堆焊合金材料(申請(qǐng)?zhí)?00510043305.1)涉及一種耐磨堆焊合金材料，其合金具體組成含量(重量％)為W5-30、Nb2-15、V3-12、Mo1-8、Cr1-5、B2-7、稀土0.01-2、余量為Fe。該發(fā)明以重金屬硼化物為硬質(zhì)強(qiáng)化相，硼化物在合金中起耐磨骨架作用，對(duì)合金基體相產(chǎn)生保護(hù)效應(yīng)。其顯微硬度均在HV17002800之間。該發(fā)明可以制成堆焊焊條、藥芯焊絲、塊狀堆焊材料或粉末堆焊材料。可用于旋流器、泥漿泵、疏浚泵等的修復(fù)堆焊和制造，具有很高的抗液固混合介質(zhì)沖蝕磨損和磨粒磨損性能。顯然該發(fā)明涉及的堆焊合金沒(méi)有自潤(rùn)滑性，而且由于貴金屬很多，所以成本較高。由例如中國(guó)專(zhuān)利高抗裂耐磨高鉻鑄鐵型堆焊藥芯焊絲(申請(qǐng)?zhí)?00510127968.1)應(yīng)用于承受高應(yīng)力、高沖擊磨損部件如鋼廠磨煤輥、水泥磨盤(pán)、破碎機(jī)錘頭、冷(熱)軋棍等的堆焊修復(fù)。焊絲的藥芯成分質(zhì)量百分含量范圍如下43~70%碳化鉻,10~25%釩鐵，1~5%75#+[#]硅鐵，3~8%金屬錳，1~3%鋁鎂合金，2~5%硼鐵，2~6%鈥鐵，1~5%鈮鐵，2~8%鉬鐵。該發(fā)明所研發(fā)的堆焊焊絲熔敷金屬硬度高，耐磨性好，但同樣沒(méi)有自潤(rùn)滑性，成本較高。由例如中國(guó)專(zhuān)利一種支撐輥堆焊用藥芯焊絲(申請(qǐng)?zhí)?00410081240.5)發(fā)明了一種支撐輥堆焊用藥芯焊絲，該焊絲按重量百分比含有C:0.30~0.70%、Mn:0.20~0.60%、Si:0.10~0.40%、Cr:11.0~14.5%、Ni:1.0~8.0%、V:0.08~0.50%、Re:0.20~1.00%、Mo:0.08—0.50%、Nb:0.08~0.50%、Ti:0.08~0.50%。該焊絲按重量百分比還可含有下列元素中的一種或兩種Mg:0.00-0.15%、Al:0.00~0.45%。該堆焊合金不僅具有較高的硬度，耐磨性好，而且具有較好的韌性，抗裂性好，從而能提高支撐輥的使用壽命。但也同樣沒(méi)有自潤(rùn)滑性，成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，為了克服目前堆焊耐磨合金缺乏自潤(rùn)滑性的缺點(diǎn)，同時(shí)盡可能降低成本，本發(fā)明提供一種堆焊在機(jī)械配件或工具表面的具有自潤(rùn)滑性及耐磨性的合金材料。這種合金材料可以減少機(jī)械配件或工具的磨損。而且由于自潤(rùn)滑性，這種堆焊合金在減少機(jī)械配件或工具自身磨損的同時(shí)，也減少與之接觸或摩擦的其它機(jī)械配件的磨損。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題釆取的技術(shù)方案是一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其成分按重量百分比為碳C2.5-4.5°/。、硅Sil.8-4.9%、鎂MgO.02-0.18%、稀土0.02-0.18%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中硫s《o.iy。、磷P^0.4%。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，還可以再加入以下合金元素0.2Y。《錳Mn《2.0%、鉻Cr0-3.5%、鎳Ni0-2.5%、鉬Mo0-1.2%、錫W0-2.5%、釩V0-0.6%、鈥Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5。/。和鈮Nb0-0.5%。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，還可以再加入以下合金元素中2.(T/。〈錳Mn<5.0%、鉻Cr0-2.5%、鎳Ni0-1.5%、鉬MoO-l.0%、釩V0-0.6%、鈥Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5%和鈮Nb0-0.5%。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，還可以再加入以下合金元素5.(W〈錳Mn<7,0%、鉻Cr0-1.5%、鎳Ni0-1.5°/。、鉬MoO-O.8%、釩V0-0.6°/。、鈥Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5°/。和鈮Nb0-0.5%。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，還可以再加入以下合金元素7.0"/?！村iMn"2,0%、釩V0-0.6%、鈥Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5°/。和鈮Nb0-0.5%。本發(fā)明所述稀土為鈰Ce。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，使用該合金成分配方制成焊接材料，包括堆焊藥芯焊絲、堆焊焊條、堆焊粉末；通過(guò)焊接設(shè)備將該焊接材料堆焊在機(jī)械配件或工具表面。本發(fā)明的自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金具有自潤(rùn)滑性能的原理是自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金以石墨為自潤(rùn)滑相。由于含有大量的碳、硅等元素，當(dāng)合金凝固后，許多碳元素以石墨態(tài)分布在合金基體上。由于鎂、稀土等元素的加入，石墨以球狀彌散均勻地分布在合金基體上。當(dāng)合金與其它物體摩擦?xí)r，石墨起到潤(rùn)滑作用，減少合金本身及與之接觸或摩擦的其它機(jī)械配件的磨損。本發(fā)明的自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金具有良好耐磨性能的原理是(1)當(dāng)合金與其它物體摩擦?xí)r，石墨起到潤(rùn)滑作用，減少合金的磨損。(2)當(dāng)加入錳、鉻、鎳和鉬等合金元素后，合金基體出現(xiàn)馬氏體、貝氏體及奧氏體等，這些組織有良好的耐磨性，進(jìn)一步提高合金的耐磨性。另外鉻、鉬、鎢、釩、鈦等合金元素還可形成硬度很高的碳化物，并有助于細(xì)化晶粒，從而進(jìn)一步提高合金的耐磨性能。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金可制成堆焊藥芯焊絲、堆焊焊條、堆焊粉末等焊接材料，合金元素加入方式可釆用純金屬、合金如鐵碳合金、硅鐵合金、硅鐵-鎂合金、稀土-硅鐵合金、稀土鈰化合物、稀土-硅-鐵-鎂合金、鐵鉻合金、鐵錳合金及其它鐵合金等方式加入。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金的使用方法按照本發(fā)明合金的成分，制成焊接材料，優(yōu)選堆焊藥芯焊絲，將這些焊接材料堆焊在工件表面上，工件表面就形成了本發(fā)明堆焊合金。這些焊接材料的制造方法是工業(yè)成熟技術(shù)，簡(jiǎn)單說(shuō)明以下堆焊合金粉末制造方法焊接粉末材料中合金元素的加入方式可釆用純金屬、或合金方式加入，合金有鐵碳合金、硅鐵合金、硅鐵-鎂合金、稀土-硅鐵合金、稀土鈰化合物、稀土-硅-鐵-鎂合金、鐵鉻合金、錳鐵合金或其它鐵合金等。純金屬、或合金的加入量按照本發(fā)明合金的成分百分比含量計(jì)算加入。釆用目前可大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的成熟技術(shù)如霧化法、研磨法或其它方法將純金屬或合金制成粉末。霧化法是將金屬或合金加熱熔化，然后在高壓惰性氣體作用下將熔化的金屬以霧狀從噴嘴噴出，霧狀金屬液滴冷卻便形成粉末。研磨法是用機(jī)械研磨的方式將碎塊的純金屬、或合金研磨成金屬粉末。也可以用其它現(xiàn)代新技術(shù)制造合金粉末。將制成的純金屬粉末、合金粉末混合即成本發(fā)明合金粉末。由于金屬粉末制造技術(shù)早已成為可大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的成熟技術(shù)，所以本發(fā)明合金也可以將購(gòu)買(mǎi)的純金屬粉末、合金粉末混合即成。合金粉末可選用鐵碳合金粉末、硅鐵合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末、稀土鈰化合物粉末、稀土-硅-鐵-鎂合金粉末、鐵鉻合金粉末、錳鐵合金粉末或其它鐵合金粉末等。堆焊藥芯焊絲的制造方法堆焊藥芯焊絲的制造方法很早就已經(jīng)成為成熟技術(shù)。將碳鋼或低碳鋼軋制成很長(zhǎng)的薄鋼帶作外皮，以合金粉末為藥芯，將薄鋼帶卷成簡(jiǎn)狀，形成了很長(zhǎng)很細(xì)的金屬管，被卷在金屬管內(nèi)的合金粉末形成藥芯，堆焊藥芯焊絲便制成，藥芯焊絲直徑為01.2~03.2mm。形成藥芯的合金粉末可以是純金屬粉末或合金粉末，合金粉末可選用鐵碳合金粉末、硅鐵合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末、稀土鈰化合物粉末、稀土-硅-鐵-鎂合金粉末、鐵鉻合金粉末、錳鐵合金粉末或其它鐵合金粉末等。在藥芯中加多少純金屬粉末或合金粉末可參考下面的公式進(jìn)行計(jì)算確定一f^式中M為藥芯粉末中加入某純金屬粉末或合金粉末的百分含量；M輝為本發(fā)明堆焊合金中該合金元素的百分含量；M^為鋼帶中該合金元素的百分含量；ti為該合金元素過(guò)渡系數(shù)，即該合金元素在堆焊合金中的量與該合金元素在焊接材料中的量的比，該系數(shù)可由正式出版的焊接手冊(cè)查得；Kb為藥芯焊絲的包粉量即粉芯占整個(gè)焊絲重量百分比；L為該合金元素在要加入的合金粉末中的百分含量，如果是純金屬粉末則K。為100%。堆焊焊條的制造方法以碳鋼或合金鋼軋制或拉拔成鋼棒作焊芯，以合金粉末為藥皮，用成熟的焊條制造方法制成堆焊焊條。形成藥皮的合金粉末可以是純金屬粉末或合金粉末，合金粉末可選用鐵碳合金粉末、硅鐵合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末、稀土鈰化合物粉末、稀土-硅-鐵-鎂合金粉末、鐵鉻合金粉末、錳鐵合金粉末或其它鐵合金粉末等。在藥皮中加多少純金屬粉末或合金粉末可參考下面的公式進(jìn)行計(jì)算確定式中M^為藥皮粉末中加入某純金屬粉末或合金粉末的百分含量；M輝為本發(fā)明堆焊合金中該合金元素的百分含量；NU為鋼芯中該合金元素的百分含量；n為該合金元素過(guò)渡系數(shù)，即該合金元素在堆焊合金中的量與該合金元素在焊接材料中的量的比，該系數(shù)可由焊接手冊(cè)查得；Kb為藥皮占整個(gè)焊條重量百分比；L為該合金元素在要加入的合金粉末中的百分含量，如果是純金屬粉末則K。為100%。堆焊方法本發(fā)明堆焊合金制成的粉末及藥芯焊絲向工件表面的堆焊方法可以釆用自保護(hù)電弧焊、自保護(hù)等離子弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)等離子弧焊、氬氣保護(hù)電弧焊、氬氣保護(hù)等離子弧焊、埋弧焊等方法堆焊。本發(fā)明堆焊合金制成的焊條向工件表面的堆焊方法釆用手工電弧焊的方式堆焊。本發(fā)明自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金可應(yīng)用于礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、特別適合石油機(jī)械如鉆桿接頭、抽油桿、鉆頭等的維護(hù)及維修。下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:一種堆焊在機(jī)械配件或工具表面的自潤(rùn)滑耐磨合金，合金成分的重量百分比含量為C3.9°/。、Si3.8%、MgO.08%、稀土0.06%、Mn7.0%、Cr1.2%、VO.3%、TiO.4%,余量為鐵，合金中雜質(zhì)元素s《o.r/。、P《0.4%。按照該合金成分制成直徑為01.6mm藥芯焊絲，藥芯合金粉末選用鐵碳合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末、錳鐵合金粉末、鐵鉻合金粉末、釩鐵合金粉末、鈦鐵合金粉末等。焊絲藥芯中各種合金粉末的含量按照現(xiàn)有成熟技術(shù)確定。用C02氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)進(jìn)行堆焊，本發(fā)明的自潤(rùn)滑耐磨合金便在工件表面上形成。堆焊在工件上的耐磨合金的顯微組織是馬氏體、貝氏體及許多殘余奧氏體的基體上分布許多球狀石墨，合金基體硬度可達(dá)到HRC50以上，具有良好的耐磨性。該合金及65SiMnRE、45#鋼等磨粒磨損性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，該合金及65SiMnRE、45#鋼等與45#鋼配對(duì)摩擦副磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2,顯然本發(fā)明合金不但有良好的耐磨性能，而且也減少了與之摩擦的45#鋼的磨損。表l本發(fā)明合金及65SiMnRE、45#鋼等磨粒磨損性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2本發(fā)明合金及65SiMnRE、45#鋼等與45#鋼配對(duì)摩擦副磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例2:一種堆焊在機(jī)械配件或工具表面的自潤(rùn)滑耐磨合金，合金基本成分為碳、硅、鎂、稀土等、余量為鐵，合金成分的重量百分比含量為C3.5%、Si3.8%、MgO.08%、稀土O.08%，余量為鐵，合金中雜質(zhì)元素S<0.1%、P<0.4%。按照該合金成分制成直徑為01.6mm藥芯焊絲，藥芯合金粉末選用鐵碳合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末等。焊絲藥芯中各種合金粉末的含量按照現(xiàn)有成熟技術(shù)確定。用C02氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)進(jìn)行堆焊，本發(fā)明的自潤(rùn)滑耐磨合金便在工件表面上形成。實(shí)施例3:一種堆焊在機(jī)械配件或工具表面的自潤(rùn)滑耐磨合金，合金成分具體含量為C3.5%、Si3.5%、MgO.08%、稀土0.06%、Mnl.2%、Crl.8%、Nil.6%、MoO.6%、VO.2%、Ti0.2%，余量為鐵，合金中雜質(zhì)元素S<0.1%、P《0.4%。按照該合金成分按常規(guī)方法制成直徑為01.6mm藥芯焊絲，藥芯合金粉末選用鐵碳合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末、錳鐵合金粉末、鐵鉻合金、鐵鎳合金、鐵鉬合金、釩鐵合金粉末、鈦鐵合金粉末等。焊絲藥芯中各種合金粉末的含量按照現(xiàn)有成熟技術(shù)確定。用C02氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)進(jìn)行堆焊，本發(fā)明的自潤(rùn)滑耐磨合金便在工件表面上形成。實(shí)施例4:一種堆焊在機(jī)械配件或工具表面的自潤(rùn)滑耐磨合金，合金成分的重量百分比含量為C3.6%、Si3.6%、MgO.08%、稀土0.06%、Mn3.8%、MoO.5%、V0.2%、TiO.2%,余量為鐵，合金中雜質(zhì)元素S《0.l°/。、P<0.4%。按照該合金成分制成直徑為01.6mm藥芯焊絲，藥芯合金粉末選用鐵碳合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末、錳鐵合金粉末、鐵鉬合金、釩鐵合金粉末、鈦鐵合金粉末等。焊絲藥芯中各種合金粉末的含量按照現(xiàn)有成熟技術(shù)確定。用C02氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)進(jìn)行堆焊，本發(fā)明的自潤(rùn)滑耐磨合金便在工件表面上形成。實(shí)施例5:一種堆焊在機(jī)械配件或工具表面的自潤(rùn)滑耐磨合金材料，合金成分具體含量為C3.6%、Si3.6%、MgO.08%、稀土0.06%、Mnll.8%、VO.1%、TiO.1%、ZrO.1%,余量為鐵，合金中雜質(zhì)元素S《0.1%、P<0.。按照該合金成分制成直徑為0l.6mm藥芯焊絲，藥芯合金粉末選用鐵碳合金粉末、硅鐵-鎂合金粉末、稀土-硅鐵合金粉末、錳鐵合金粉末、鐵鉻合金、鐵鎳合金、鐵鉬合金、釩鐵合金粉末、鈦鐵合金粉末等。焊絲藥芯中各種合金粉末的含量按照現(xiàn)有成熟技術(shù)確定。用C02氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)進(jìn)行堆焊，本發(fā)明的自潤(rùn)滑耐磨合金便在工件表面上形成。權(quán)利要求1.一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其特征在于包括以下重量百分比的元素碳C2.5-4.5％、硅Si1.8-4.9％、鎂Mg0.02-0.18％、稀土0.02-0.18％、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中硫S≤0.1％、磷P≤0.4％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其特征在于還包含以下重量百分比的元素0.2。/?！跺iMn《2.0%、鉻Cr0-3.5%、鎳Ni0-2.5%、鉬MoO-l.2%、鵠W0-2.5%、釩V0-0.6%、鈥Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5°/。和鈮Nb0-0.5%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其特征在于還包含以下重量百分比的元素2.0。/。〈錳Mn《5.0%、鉻Cr0-2.5%、鎳Ni0-1.5%、鉬MoO-l.0%、釩V0-0.6%、鈥Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5°/。和鈮Nb0-0.5%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其特征在于還包含以下重量百分比的元素5.0。/?！村iMn《7.0%、鉻Cr0-1.5%、鎳Ni0-1.5%、鉬MoO-O.8%、釩V0-0.6%、鈥Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5%和鈮Nb0-0.5%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其特征在于還包含以下重量百分比的元素7.0y?！村iMn《12.0°/。、釩V0-0.6%、鈦Ti0-0.5%、鋯Zr0-0.5°/。和鈮Nb0-0.5%。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其特征在于所述稀土為鈰Ce。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其特征在于使用該合金材料制成堆焊藥芯焊絲、堆焊焊條或堆焊粉末。全文摘要本發(fā)明提供一種自潤(rùn)滑耐磨堆焊合金，其成分按重量百分比包括碳C2.5-4.5％、硅Si1.8-4.9％、鎂Mg0.02-0.18％、稀土0.02-0.18％、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中硫S≤0.1％、磷P≤0.4％。本發(fā)明合金可加入其它合金元素。根據(jù)該合金成分可以制成焊接材料。該合金具有優(yōu)良的耐磨性和自潤(rùn)滑性，應(yīng)用于礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、特別適合石油機(jī)械如鉆桿接頭、抽油桿、鉆頭等的維護(hù)及維修，可以減少機(jī)械配件或工具的磨損，也可以減少與之接觸或摩擦的其它機(jī)械配件的磨損。文檔編號(hào)C22C38/56GK101126139SQ20071001876公開(kāi)日2008年2月20日申請(qǐng)日期2007年9月28日優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日發(fā)明者王新虎申請(qǐng)人:王新虎