對輥破碎機耐磨焊條（tiáo）的研製

摘要研製了一種用於對棍玻碎機襯磨堆壞壞條，通過反複調（diào）整壞條藥皮成分，找到了適合對棍破碎機機齒堆 壞的（de）合全衣.通過（guò）堆壞層的全（quán）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（tiáo）組織為馬氏體 +破化物+戲餘奧氏體，堆壞層的硬度在HRC64---65之問，襯磨試臉和工業試臉證明，對棍破碎機（jī）堆壞合全的襯磨 性能優良，是35CrMoTi鋼的8.6倍，比（bǐ）未堆壞（huài）的破碎機使用壽（shòu）命提高7.8倍。

隨著我國選（xuǎn）煤（méi）行業的迅速發展，高效對輥破碎機得到越來越廣泛的（de）應用，而對輥破碎機的磨損量相當嚴重。我國目前大（dà）多數采用的對輥破（pò）碎機材料為35CrMoTi (或450)鑄鋼，而此類鋼的硬度、耐磨性均較差，無法承受高應力強磨粒磨損。由於（yú）對輥破碎機齒尖的麵積狹小，采用碳化鎢管（guǎn）狀藥芯焊絲、氧乙炔吹焊工藝在齒尖部位堆焊，施工難（nán）度大，很難推廣普及，而且還存（cún）在碳化鎢藥芯焊絲價格昂貴等問題（tí）。為解決上述問題，研製出了一種適合對（duì）輥破碎機機齒堆焊的新型焊條。由於采用低碳鋼為（wéi）焊芯，外塗合金藥皮，其成本（běn）僅為碳化鎢藥芯焊絲的1/4，該焊條在（zài）齒尖（jiān）上堆焊方便自如，隻需一台小型交流焊機，便於現場施工。

1、焊條的堆焊工藝性能

本焊（hàn）條采用價廉易購（gòu）的H08A低碳鋼為焊芯，藥皮是在欽鈣型（xíng）藥皮的（de）基礎上加以改進，保留（liú）了欽鈣型藥皮電弧燃燒穩定、脫渣容易、飛濺小、成形（xíng）美觀、交直流兩用等特點。由於藥皮中（zhōng）的合金劑在電弧攪拌作用下迅速向熔（róng）滴中過渡合金元素，當熔滴增大（dà）到（dào）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（zhè）種（zhǒng）短路過渡形式具（jù）有使焊層化學成（chéng）分均勻、硬度偏差（chà）小的優點。另外，本焊條為酸（suān）性熔渣，對母材表麵油鏽不敏（mǐn）感，對修複舊軋輥除鏽要求（qiú）不嚴格，熔渣比重小、熔（róng）點（diǎn）低、導電性好、多層堆焊也不易產生夾渣。

焊條（tiáo）堆焊電流與欽鈣型結構鋼焊條相當或稍大一些，4mm焊芯的耐磨焊條堆焊電流在140-160 A之間，當堆焊電流偏低時，焊條熔化速（sù）率降低，碳及合金元素不能充分熔入堆焊層中，而是以熔渣的形式損失掉，合（hé）金碳化物含量下降，造成堆焊層硬度偏（piān）低，耐磨性下降;當堆焊電流偏大時，熔池溫度隨之升高，碳及（jí）合金元素（sù）燒（shāo）損（sǔn）較多，合金碳化物含量減少，堆（duī）焊層硬度和耐（nài）磨性下降。大電流還（hái）會（huì）使熔池溫度上升，易促進粗晶的形成，這也（yě）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層中，形成一定量的合金碳化物硬質相（xiàng），堆焊層（céng）的硬度和耐磨性得到提高（gāo）。單層堆焊和多層堆焊硬度差不多，這是因（yīn）為，此種焊條沒有螢石之類增加（jiā）熔深的礦石（shí）粉(從（cóng）焊道斷麵觀察，熔深很小).所以，單層堆焊受母材稀釋的程度極小（xiǎo），這（zhè）有利於減少對輥破碎機機齒的堆焊次數，提高工作效率.以下試驗均采（cǎi）用6 4 mm焊芯的（de）堆焊（hàn）焊條，焊接（jiē）電流為150 A，直流（liú）焊機單層堆焊（hàn）。

2、堆焊合金的組織與性（xìng）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（yīn）素，本文研究的堆焊合（hé）金由於含（hán）有較多（duō）的合金元（yuán）素和適量的碳，使堆焊層（céng）碳化（huà）物含量較多.見圖1。其（qí）基體組織（zhī）為馬氏體 +少量殘餘（yú）奧氏體。

2.2 X射線衍射儀測試

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體和(Cr, Fe)23C‘組成。

2.3堆焊層磨損試驗（yàn）

該試驗中，上試樣固定不動，下試（shì）祥(滾輪)旋轉，將（jiāng）磨料帶入磨損試驗表麵。上試樣製備:將對輥破碎機堆焊焊條堆焊在10 mm厚的（de）45.鋼板上，堆焊層為一層（céng），切成10 mmX 10 mmX 12 mm的方塊，共3塊編為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，150-180℃回火，硬度HRC 58^-61，表麵（miàn）粗糙度（dù）R,O. 8。下試樣尺寸為44.1X9.8mm，轉速180rpm。磨料（liào）采用60---100目石英砂，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（xiàng）對（duì）耐磨性為:相對耐磨量。二標準試樣磨損量/試樣磨損（sǔn）量=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度（dù）

堆焊電流（liú）為150 A，堆焊層為（wéi）一層，堆焊合金的宏觀硬度平均值為（wéi）HRC 65. 1，基體顯微硬（yìng）度平均為HY351，條狀碳（tàn）化物（wù）的（de）顯微硬度平均值為HV 1 304,

2.5堆（duī）焊合金的能譜試驗（yàn）

用化學方法並采用EDAX-PV9100型X射線能（néng）譜儀測定（dìng）堆（duī）焊合金成分為（wéi）:。.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。

3、分析討論

從（cóng）化學分析和能譜試（shì）驗可知，新研製的對輥破碎機（jī）堆焊合金係高碳高鉻合金，合金（jīn）元素總量大於25%.由文（wén）獻〔2〕知（zhī），該合金係具有強（qiáng）的抗磨粒磨損能力.

3. 1合金元素的作用

(1)碳能夠與大多數合金元（yuán）素形成化合物，增加堆焊層碳化物含量，提高耐磨性。碳也可以溶入基體（tǐ）形成固溶體（tǐ），提高基體硬度。但過（guò）多的碳又會降低（dī）堆焊層的韌性，產生焊接裂紋。本堆（duī）焊合金係碳（tàn）含量限製在0.8%一1.0%這一範圍.

(2)鉻是碳化物穩定元素，當原子比值N cr/c增加時，鋼（gāng）中先後生成(Cr,Fe)5C, (Cr,Fe)7C和(Cr,Fe)29C6151。當Cr含（hán）量較高C含量低時，堆焊層為高鉻鑄鐵，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（zhǒng）複合碳化物的硬度為HV1100一2300，與（yǔ）萊氏體(HV 700-980)結合在一起（qǐ）具有很高的抗應力（lì）磨料磨損和耐熱、耐蝕性（xìng）能，它的耐磨性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，耐磨性較好（hǎo）。

(3)欽元素是破碎機耐磨堆焊焊條的主（zhǔ）加元（yuán）素之一它對堆焊層的質量及耐磨性起著（zhe）一定作用。欽元素是一種強（qiáng）碳化物形（xíng）成元（yuán）素，它與（yǔ）碳的親和力大於Fe, Cr元素，碳原子半徑與欽原子半徑之比（bǐ）等於0.53(小於0.59).形成的間（jiān）隙（xì）型碳化物TIC，熔點為3 200 'C，顯微硬度HV 3 200,由於它形（xíng）成的溫度高，晶粒細小，彌散分布，對阻止堆焊層中柱（zhù）晶和枝狀組（zǔ）織起到一（yī）定作用，同時這種高硬度、高穩定性的碳化物對（duì）耐磨性的提高也起到積極作用。

堆焊時，熔池溫度很高，因此會吸收大（dà）氣中的氮，與熔池中（zhōng）欽元素形成TIN或Ti (N, C)，這（zhè）類化合物具有熔點高、硬度高、彌散分布的（de）特點，在堆焊層中起著硬 質點作（zuò）用，提高堆焊層耐磨性。 欽元素除可與碳、氮形（xíng）成高硬度、高穩定性的化（huà）合物外，還可以起到細化晶粒的作用（yòng）。使共（gòng）晶組織細化，提（tí）高堆焊層耐磨性，同時增加堆焊層韌性。鐵元（yuán）素是一種強脫氧（yǎng）劑，可以（yǐ）減少堆焊層中的缺陷.熔渣起脫氧、脫氮、造渣及保護熔池的作用。

(4)在（zài）堆（duī）焊層中加入微量稀土，不僅可以消除（chú）有害雜質、淨化（huà）堆焊（hàn）層，而且可使堆焊合金表麵（miàn）的氧化膜致密，從而提高（gāo）堆焊合金的耐磨性。

3. 2堆焊合金組織與耐磨性的（de）關係

堆焊層組織是決定（dìng）堆焊層耐磨性的主要因素，由於本文研製的對輥破碎機堆焊合（hé）金中含有較多的合金元素和適量的碳，形（xíng）成一定量均勻分布（bù）的碳化物，大部分 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).這些高硬度（dù）的碳化（huà）物能強烈地抵抗磨料的切削性（xìng）能（néng），提高破碎機的抗磨（mó）能力，又因為基體組織為馬氏（shì）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（xiàn）場試驗（yàn）證明，使用新（xīn）研製的堆焊焊條，使對輥破碎機堆焊層的耐磨性能很好地滿足了（le）工業要求，獲得了顯（xiǎn）著的經濟（jì）效益（yì）。山東鮑店煤礦洗煤廠（chǎng）35CrMoTi對輥破碎機，未經堆焊（hàn）使用250 h即報廢，對輥破碎機年耗費54萬元。采（cǎi）用新研製的堆（duī）焊焊（hàn）條對其表麵（miàn）進行堆焊，對輥破（pò）碎機的（de）年耗費為18.6萬元，一年可節約35.4萬元.

5結論（lùn）

(1)新（xīn）研製的對（duì）輥破碎機堆焊（hàn）焊條交、直流（liú）焊機均可使用，並且在齒尖上堆焊不流淌，完全可滿足現場（chǎng）施工技術要求.I

(2)新研製的對輥破碎機堆（duī）焊組織為馬氏體十碳化物+殘餘奧氏體。

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

(4)對輥破碎機堆焊層中的主（zhǔ）要碳化物為M7C3型。

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